Поліанілін

Поліанілін (PANI) — електропровідний полімер, мономером якого є анілін. Поліаналін існує в кількох оксидованих модифікаціях, і його властивості змінюються від ступеня окиснення.

Основні структурні одиниці поліаніліну

Структурними одиинцями поліаніліну є (C₆H₄N)_n та (C₆H₄NH)_n. У першій із них між бензольним кільцем і атомами Нітрогену є подвійні зв'язки, у другому їх немає.

• Чистий (C₆H₄NH)_n називають лейкоемеральдином. Це біла прозора речовина.
• Модифікація {[C₆H₄NH]₂[C₆H₄N]₂}_n називається емеральдином. Вона має блакитний колір, і її називають основою. Якщо її протонувати, збагатити атомами Гідрогену, вона стає зеленою, і тоді її називають сіллю.
• (C₆H₄N)_n називають (пер)ніграніліном. Це речовина блакитно-фіолетового кольору.

Емеральдинова основа найбільш стабільна при кімнатній температурі. При обробці кислотою вона переходить у високопровідну сіль. Цей перехід пов'язаний з тим, що додаткові атоми Гідрогену сприяють делокалізації електронів.

Зміну кольору поліаніліну при оксидації можна використати в сенсорах та електрохромних пристроях. Однак, найбільше значення має різка зміна провідності. Обробка емеральдину кислотою може змінити провідність на 10 порядків.

Синтез

Хоча методи синтезу поліаніліну доповолі прості, механізм полімеризації, мабуть, складний. Формування лейкоемеральдину можна описати реакцією

де [O] — довільний окислювач. Найчастіше в ролі окислювача використовується персульфат амонію. Обидва реагенти розчиняють в соляній або іншій кислоті й поволі змішують. Реакція дуже екзотермічна. Полімер осідає у вигляді нестабільної дисперсної суміші з розмірами частинок порядка мікрона.

При приготуванні поліаніліну з емеральдинової бази типовим окислювачем є мета-хлоропероксибензольна кислота:

Застосування

Поряд з іншими електропровідними полімерами поліанілін перспективний завдяки малій вазі при високій провідності, механічній гнучкості й малій вартості виробництва. В цьому сенсі поліанілін особливо привабливий, оскільки він порівняно дешевий, має три стани окиснення із різним кольором. Тому його можна використовувати в суперконденсаторах та електрохромних пристроях. З поліаніліну можна виробляти провідне волокно, антистатичні покриття, електромагнітні захисні екрани, гнучкі електроди, антикорозійні покриття, шари інжектування дірок^[1], прозорі провідники, які могли б замінити ITO, сенсори хімічних випарів та розчинів, електрохромні покриття (вікна зі змінним кольором, дзеркала тощо).

Наразі поліанілін в основному застосовують при виробництві друкованих плат, в антистатичних покриттях та для захисту від корозії. Комерційно поліанілін можна отримати від Ormecon Enthone (CooksonElectronics), Eeonyx, Crosslink.

Виноски

1. Alan G. MacDiarmid «„Synthetic Metals“: A Novel Role for Organic Polymers (Nobel Lecture)» Angew. Chem. Int. Ed. 2001, vol. 40, pp. 2581–2590. DOI:10.1002/1521-3773(20010716)40:14
2. Development and characterization of flexible electrochromic devices based on polyaniline and poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrene sulfonic acid) Li-Ming Huanga, Cheng-Hou Chena and Ten-Chin Wen Electrochimica Acta; 2006; 51(26) pp 5858-5863; (Article) DOI:10.1016/j.electacta.2006.03.031
3. Polyaniline Nanofiber Gas Sensors: Examination of Response Mechanisms Shabnam Virji, Jiaxing Huang, Richard B. Kaner and Bruce H. Weiller Nano Letters; 2004; 4(3) pp 491–496; (Article) DOI:10.1021/nl035122e Abstract^{[недоступне посилання з вересня 2019]}