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Polianilina a base di eucaliptina, come polianilina intrinseca, ha una struttura molecolare composta da unità alternate di chinone-benzenediammina uniche, che presentano una lucentezza metallica che va dal verde smeraldo al blu intenso. La caratteristica più notevole di questa forma risiede nel suo effetto di interruttore molecolare drogato con acido protonico: quando esposti all'acido protonico, gli anelli chinonici nella catena molecolare subiscono una protonazione reversibile e il riarrangiamento della nuvola di elettroni porta alla trasformazione della struttura chinonica nella struttura benzenica, formando istantaneamente livelli di energia polarizzati all'interno della banda proibita, e la conduttività elettrica può passare da uno stato isolante di 10^-10 S/cm a uno stato di semiconduttore di 1-10 S/cm. Questo esclusivo meccanismo di drogaggio non comporta cambiamenti nel numero di elettroni della catena principale, ma può ottenere una transizione dell'isolante-conduttore semplicemente cambiando l'ambiente acido-base, rendendolo un materiale ideale per i sensori chimici. Gli atomi di azoto imminico sulla catena molecolare possono non solo combinarsi con i protoni ma anche coordinarsi con gli ioni metallici, dotandola della capacità di catturare ioni di metalli pesanti. Nel campo della prevenzione della corrosione, il suo potenziale redox rientra esattamente nell'intervallo di passivazione del metallo e può indurre la formazione di uno strato denso di ossido sulla superficie della lega attraverso il trasferimento di carica. Questo materiale ha anche un'eccellente stabilità ambientale e lavorabilità in soluzione. Attraverso il drogaggio acido funzionalizzato, la sua idrofilia e la struttura delle bande possono essere ulteriormente regolate, dimostrando un grande potenziale nell'elettronica flessibile, nella schermatura elettromagnetica e nei rivestimenti intelligenti.
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Formula chimica |
Li2O |
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Messa esatta |
30 |
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Peso Molecolare |
30 |
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m/z |
30 (100.0%), 29 (16.4%) |
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Analisi elementare |
Li, 46,45; Oh, 53,55 |
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Polianilina a base smeraldinaè un composto polimerico con speciali proprietà elettriche e ottiche, che può mostrare conduttività ed proprietà elettrochimiche dopo il drogaggio. Ha una vasta gamma di applicazioni, inclusi materiali conduttivi, sensori, dispositivi elettronici, dispositivi ottici e celle solari.
colore
Il rivestimento in polianilina, noto anche come rivestimento, è un metodo di rivestimento meccanico utilizzato per formare una pellicola anticorrosiva di polianilina uniforme e completa sulla superficie di metalli come acciaio laminato a freddo-, acciaio a basso-carbonio, alluminio, rame, ecc. Il suo meccanismo anti-corrosione consiste nel passivare il metallo, formare uno strato protettivo di ossido sulla superficie metallica e applicare un rivestimento adatto per provocare la migrazione del potenziale di corrosione, riducendo così la velocità di corrosione del metallo. Inoltre, grazie ai suoi numerosi vantaggi, come la facile disponibilità delle materie prime, la sintesi semplice, l'assenza di inquinamento e la leggerezza, è considerato una nuova generazione di rivestimenti anticorrosivi ad alta-efficienza ecologicamente accettabili.
Tuttavia, il PAn è difficile da lavorare ed è insolubile nei solventi organici convenzionali. La polianilina pura ha scarsa adesione ai metalli, è costosa e ha un basso utilizzo, il che pone alcuni ostacoli nell'applicazione pratica. Le persone solitamente usano la polianilina come additivo nei rivestimenti anti-corrosione per formare rivestimenti anticorrosivi a base di polianilina-. I rivestimenti in polianilina possono essere classificati in tre tipologie in base alle loro sostanze: rivestimenti in polianilina singola, rivestimenti con polianilina come primer e rivestimenti misti di polianilina e rivestimenti tradizionali.
Nel 1985, Deberry scoprì che la pellicola di polianilina elettrodepositata sull'acciaio inossidabile poteva ridurre significativamente la velocità di corrosione dell'acciaio inossidabile in una soluzione di acido solforico. Si trattava infatti di un singolo rivestimento di polianilina, in cui l'anilina veniva depositata direttamente sulla superficie dell'elettrodo metallico attraverso una reazione di polimerizzazione elettrochimica in soluzione acida per ottenere un rivestimento di polianilina. Ma questo metodo è difficile da applicare ai componenti metallici più grandi.
Il rivestimento di primer in polianilina si riferisce all'applicazione di polimeri tradizionali come finiture sopra rivestimenti in polianilina, formando un rivestimento composito con polianilina.
Il suo vantaggio è che non è necessario considerare la disperdibilità della polianilina nel rivestimento e ogni rivestimento svolge il proprio ruolo. Le prestazioni anti-corrosione sono la somma di questi effetti e lo strato di finitura generalmente fornisce una schermatura fisica. Il gruppo di ricerca congiunto di Los Alamos e della NASA negli Stati Uniti ha scoperto per la prima volta che la polianilina può essere utilizzata come rivestimento resistente alla corrosione-per l'acciaio a medio carbonio.
Il rivestimento con miscela di polianilina e rivestimento tradizionale si riferisce al processo di miscelazione della polvere di polianilina con sostanze convenzionali che formano film di rivestimento- (come resina epossidica, resina alchidica, ecc.) e di loro applicazione per ottenere un rivestimento anticorrosivo di miscela di polianilina. Questo metodo è il metodo più comunemente utilizzato per studiare le prestazioni anti-corrosione e il meccanismo della polianilina. È diverso dai rivestimenti con polianilina come primer e le prestazioni anti-corrosione del rivestimento sono il risultato delle interazioni organiche di ciascun componente. La polianilina a base smeraldina può essere utilizzata non solo per rivestimenti anti-corrosione, ma anche per la preparazione di rivestimenti schermanti contro le interferenze elettromagnetiche (EMI) e rivestimenti anti-statici.
La conduttività dei polimeri consente ai rivestimenti di passivare le aree metalliche esposte, mentre il principio della schermatura EMI consiste nell'utilizzare materiali conduttori a bassa resistenza e sfruttare la riflessione delle onde elettromagnetiche sulla superficie del conduttore schermante, l'assorbimento all'interno del conduttore e la perdita durante la trasmissione per ostacolarne la propagazione. Quando il PAn conduttivo viene utilizzato come materiale conduttore, può in una certa misura risolvere gli svantaggi dei riempitivi conduttivi metallici costosi, ad alta-densità e facilmente ossidati o corrosi. Qualcuno ha preparato rivestimenti schermanti EMI incapsulando materiali a base di carbonio con PAn conduttivo come principale componente conduttivo e resina termoplastica come principale sostanza filmante-.
Il meccanismo anti-corrosione della polianilina non è ancora chiaro e i ricercatori hanno proposto molte teorie, tra cui il meccanismo di schermatura, il meccanismo del campo elettrico, il meccanismo di rivestimento bipolare, il meccanismo di adsorbimento, il meccanismo di protezione anodica, il meccanismo di inibizione della corrosione degli ioni droganti e il meccanismo di protezione catodica. Si può confermare che durante la transizione degli stati di ossidazione, il potenziale di ossido{2}}riduzione della polianilina è molto più elevato di quello dei metalli, il che è uno dei motivi per cui la polianilina ha la capacità di resistere alla corrosione dei metalli.
La polianilina ha strutture completamente ossidate (LEB) e semi ossidate (EB) quando il valore del pH ambientale è maggiore o uguale a 7. Queste due strutture della polianilina svolgono solo un ruolo di isolamento meccanico nel processo di protezione dei metalli, simile alla forma di protezione del rivestimento non-metallico sulle superfici metalliche.
Quando la polianilina sulla superficie metallica presenta difetti, non fornisce protezione a quella zona; Quando il valore del pH ambientale della polianilina è inferiore a 7, la struttura della polianilina cambia e forma la forma del sale di polianilina (ES). In questo momento, la polianilina ha una buona conduttività e attività elettrochimica. Questa forma di polianilina non solo ha un effetto di isolamento meccanico nella protezione dei metalli, ma ha anche un certo effetto di passivazione catalitica.
Quando la polianilina sulla superficie metallica è danneggiata, agisce come un agente di passivazione catalitica sull'area interessata, facendo sì che la parte metallica esposta del rivestimento di polianilina danneggiato subisca una reazione di ossidazione anodica in condizioni acide, ripristinando rapidamente lo strato di passivazione superficiale.
Qualcuno ha utilizzato un materiale di rivestimento composito di polianilina/polimetilmetacrilato per rilevare gas di ammoniaca a bassa concentrazione. In base alla diversa conduttività del materiale composito, la concentrazione limite del gas di ammoniaca può essere rilevata nell'intervallo (10-4000) × 10-6. E quando l'azoto viene riempito, la conduttività e la trasmittanza del rivestimento composito possono tornare rapidamente al loro stato iniziale, ottenendo così un utilizzo ciclico.
batteria
La polianilina ha le caratteristiche di elevata capacità di immagazzinare cariche, buona stabilità all'ossigeno e all'acqua, buone prestazioni elettrochimiche, bassa densità e proprietà di ossidazione/riduzione reversibili. Può essere utilizzato sia come matrice conduttiva che come materiale attivo negli elettrodi compositi ed è stato utilizzato come materiale per elettrodi nelle batterie polimeriche al litio e nelle celle solari.
La batteria di plastica di cui è compostapolianilina a base smeraldinanon solo è leggero, ma ha anche un'efficienza coulombiana superiore al 95%. La sua densità energetica teorica può raggiungere oltre 500 Wh/kg, che è molte volte quella delle batterie al piombo-acido (184 Wh/kg). Le batterie polimeriche al litio, note anche come batterie agli ioni di litio- che utilizzano PAn e compositi PAn come materiali degli elettrodi, utilizzano principalmente la reversibilità del drogaggio/dedoping dei compositi PAn nel processo di reazione degli elettrodi per ottenere reazioni redox e completare il processo di carica e scarica della batteria. Questa batteria ha un'elevata densità di energia e risolve il problema della selezione limitata dei materiali degli elettrodi positivi nelle tradizionali batterie agli ioni di litio-.
Le nanofibre PAn/V2O5 sono state preparate con il metodo della micella inversa e utilizzate come materiali catodici per batterie secondarie agli ioni di litio- e ne sono state studiate le proprietà elettrochimiche. I risultati hanno mostrato che le nanofibre composite hanno prestazioni ciclistiche migliori rispetto alle nanofibre V2O5 e l’utilizzo di materiali di carbonio anziché litio metallico come elettrodo negativo delle batterie può sostituire le reazioni di deposizione e dissoluzione del litio metallico sull’elettrodo, evitando il problema della formazione di dendriti di litio sulla superficie dell’elettrodo negativo, mantenendo i vantaggi dell’alta tensione e dell’elevata energia specifica delle batterie al litio e migliorando notevolmente la durata del ciclo e le prestazioni di sicurezza delle batterie.
Il meccanismo di base delle celle solari polimeriche si basa principalmente sull'effetto fotovoltaico della giunzione p-n del semiconduttore, il che significa che sotto l'irradiazione della luce, le coppie di lacune elettroniche generate all'interno del semiconduttore vengono separate e generano forza elettromotrice sotto l'azione del campo elettrostatico. Le celle solari polimeriche presentano i vantaggi di facile preparazione e purificazione, facile lavorazione, basso costo, modifica chimica in base alle esigenze, elevata tensione a circuito aperto e capacità di produrre dispositivi flessibili su vasta-area grazie ai materiali semiconduttori polimerici.
Assorbitore
Il principio di assorbimento dei materiali assorbenti è quello di assorbire o attenuare le onde elettromagnetiche incidenti e convertire l'energia elettromagnetica in energia termica o altre forme di energia per la dissipazione. La polianilina è un tipo di materiale che assorbe le perdite elettriche e le sue prestazioni di assorbimento sono strettamente correlate alla costante dielettrica, alla conduttività e ad altre proprietà. Tra questi, il PAn ha un sistema coniugato a due elettroni, la sua conduttività può variare tra isolanti, semiconduttori e metalli.
E ha le caratteristiche di progettazione e sintesi molecolare, struttura diversificata, piccola densità, ampia banda di assorbimento, parametri elettromagnetici regolabili, facile lavorazione dei compositi, ecc., che evita gli svantaggi di scarse prestazioni dei materiali metallici magnetici che assorbono microonde come anti-invecchiamento, resistenza agli acidi e agli alcali, caratteristiche dello spettro, ecc. Ma il PAn ha una forte rigidità intercatena e un'elevata fragilità, che può essere migliorata combinandolo.
Qualcuno ha preparato PAn/MMTNC drogati con DBSA, che mostrano prestazioni di assorbimento delle microonde nell'intervallo di 2-18 GHz. La perdita di riflessione è inferiore a -10 dB nell'intervallo 13-14 GHz e la perdita di riflessione massima a 13 GHz è -10,3 dB. Gli Stati Uniti e altri paesi lo hanno già utilizzato come materiale riscaldante a lunga distanza per la tecnologia di saldatura della plastica nelle navette spaziali. Il composito di polianilina è stato utilizzato anche per realizzare materiali assorbenti radar con trasparenza ottica, che sono stati spruzzati sulle finestre ottiche trasparenti delle coperture della cabina di pilotaggio degli aerei e sulle armi a guida di precisione per indebolire gli echi radar dei bersagli.
Tuttavia, è difficile per il PAn soddisfare contemporaneamente le caratteristiche di adattamento di impedenza e forte assorbimento, ma ciò può essere ottenuto combinando il PAn con particelle magnetiche con proprietà di assorbimento della perdita magnetica. Ad esempio, quando i nanocristalli NiFe2O4 vengono aggiunti a un sistema misto di PAN e paraffina, la miscela composita di polvere di PAn/NiFe2O4 e paraffina presenta sia perdite dielettriche che perdite magnetiche all'interno dell'intervallo di frequenza di test e le prestazioni di assorbimento delle microonde nel sistema misto sono superiori rispetto a quando si aggiunge PAN da solo.
sensore
Grazie alla sua eccellente conduttività, il PAn può essere utilizzato come "filo molecolare" per trasferire direttamente gli elettroni tra le sostanze bioattive e gli elettrodi, migliorando significativamente le caratteristiche di risposta dei biosensori e rendendo così i biosensori di terza-generazione privi di mediatori. Inoltre, drogando diversi anioni durante il processo di sintesi, può essere utilizzato per rilevare diversi oggetti analitici. Qualcuno ha assemblato un biosensore selettivo della dopamina utilizzando il metodo di rivestimento delle goccioline, in grado di rilevare la dopamina a una concentrazione di 1/5000 della concentrazione di vitamina C in posizione neutra.
Alcune persone hanno utilizzato le proprietà di cambiamento di colore della polianilina per rilevare la radiazione C- e hanno determinato la relazione funzionale tra la dose di radiazione e lo spettro di assorbimento misurando gli spettri di assorbimento UV visibile di pellicole di polianilina esposte a diverse dosi di radiazioni.
Fibra conduttiva
La preparazione delle fibre conduttive utilizzandopolianilina a base smeraldinanon solo ha una conduttività eccellente e di lunga durata, ma regola anche facilmente la conduttività delle fibre modificando la concentrazione dell'acido drogante, una proprietà eccellente che altre fibre non possiedono. La miscelazione di una quantità molto piccola di fibre conduttive in fibre ordinarie può conferire ai prodotti in fibra sufficienti proprietà anti-statiche e le proprietà anti-statiche non saranno influenzate dall'umidità ambientale. Qualcuno ha ossidato e drogato le fibre, ottenendo fibre conduttrici con una resistenza specifica di 1,05 × 10-2 Ω cm.
Domande frequenti
La polianilina può condurre elettricità?
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La polianilina (PANI) è un polimero a barra semiflessibile checonduce elettricità. PANI ha una struttura coniugata che induce conduttività in uno stato drogato, dove i droganti sono solitamente acidi, offrendo conduttività PANI.
Qual è il pH della polianilina?
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Strati sottili di polianilina sono adatti per misurare otticamente il pH nell'intervallo 2–12 nella regione del vicino infrarosso. La deposizione di tali strati è fortemente facilitata dall'uso di polianilina lavorabile in soluzione-. Nelle curve di titolazione si osservano effetti di isteresi precedentemente non considerati.
La polianilina è solubile in acqua?
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La polianilina pura (PAni) è insolubile in acqua. I complessi idrosolubili-di PAni con diversi derivati della cellulosa sono stati sintetizzati con successo utilizzando la polimerizzazione per ossidazione chimica dell'anilina in soluzione acquosa di derivati della cellulosa.
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