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Polianilina a base de eucalipto, como polianilina intrínseca, tiene una estructura molecular compuesta de unidades alternas únicas de quinona-bencenodiamina, que presentan un brillo metálico que va del verde esmeralda al azul intenso. La característica más notable de esta forma radica en su efecto de interruptor molecular dopante con ácido protónico: cuando se exponen al ácido protónico, los anillos de quinona en la cadena molecular experimentan una protonación reversible, y el reordenamiento de la nube de electrones conduce a la transformación de la estructura de quinona en la estructura de benceno, formando instantáneamente niveles de energía polarizados dentro de la banda prohibida, y la conductividad eléctrica puede saltar de un estado aislante de 10^-10 S/cm a un estado semiconductor de 1-10 S/cm. Este mecanismo de dopaje único no implica cambios en el número de electrones de la cadena principal, pero puede lograr una transición de conductor aislante- simplemente cambiando el entorno ácido-base, lo que lo convierte en un material ideal para sensores químicos. Los átomos de nitrógeno de imina en la cadena molecular no solo pueden combinarse con protones sino también coordinarse con iones metálicos, dotándole de la capacidad de capturar iones de metales pesados. En el campo de la prevención de la corrosión, su potencial redox está precisamente dentro del rango de pasivación del metal y puede inducir la formación de una densa capa de óxido en la superficie de la aleación mediante la transferencia de carga. Este material también tiene una excelente estabilidad ambiental y procesabilidad en solución. Mediante el dopaje ácido funcionalizado, su hidrofilicidad y estructura de bandas se pueden regular aún más, lo que demuestra un gran potencial en electrónica flexible, blindaje electromagnético y recubrimientos inteligentes.
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Fórmula química |
Li2O |
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Masa exacta |
30 |
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Peso molecular |
30 |
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m/z |
30 (100.0%), 29 (16.4%) |
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Análisis elemental |
Li, 46,45; O, 53,55 |
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Polianilina base esmeraldaes un compuesto polimérico con propiedades eléctricas y ópticas especiales, que puede exhibir propiedades conductivas y electroquímicas después del dopaje. Tiene una amplia gama de aplicaciones, incluidos materiales conductores, sensores, dispositivos electrónicos, dispositivos ópticos y células solares.
pintar
El recubrimiento de polianilina, también conocido como recubrimiento, es un método de recubrimiento mecánico que se utiliza para formar una película anticorrosión de polianilina uniforme y completa en la superficie de metales como acero laminado en frío-, acero con bajo contenido de carbono-, aluminio, cobre, etc. Su mecanismo anticorrosión consiste en pasivar el metal, formar una capa protectora de óxido en la superficie del metal y aplicar un recubrimiento adecuado para provocar la migración del potencial de corrosión, reduciendo así la velocidad de corrosión. del metal. Además, debido a sus numerosas ventajas, como la fácil disponibilidad de materias primas, la síntesis sencilla, la ausencia de contaminación y el peso ligero, se considera una nueva generación de recubrimientos anticorrosión de alta-eficiencia y ambientalmente aceptables.
Sin embargo, la PAn es difícil de procesar y es insoluble en disolventes orgánicos convencionales. La polianilina pura tiene poca adherencia a los metales, es cara y tiene una baja utilización, lo que plantea ciertos obstáculos en la aplicación práctica. La gente suele utilizar polianilina como aditivo en revestimientos anticorrosión para formar revestimientos anticorrosión a base de polianilina. Los recubrimientos de polianilina se pueden clasificar en tres tipos según sus sustancias: recubrimientos de polianilina simples, recubrimientos con polianilina como imprimación y recubrimientos combinados de polianilina y recubrimientos tradicionales.
En 1985, Deberry descubrió que la película de polianilina electrodepositada sobre acero inoxidable podía reducir significativamente la velocidad de corrosión del acero inoxidable en una solución de ácido sulfúrico. De hecho, era un recubrimiento de polianilina único, donde la anilina se depositaba directamente sobre la superficie del electrodo metálico mediante una reacción de polimerización electroquímica en una solución ácida para obtener un recubrimiento de polianilina. Pero este método es difícil de aplicar a componentes metálicos más grandes.
El recubrimiento de imprimación de polianilina se refiere a la aplicación de polímeros tradicionales como capas superiores sobre recubrimientos de polianilina, formando un recubrimiento compuesto con polianilina.
Su ventaja es que no es necesario considerar la dispersabilidad de la polianilina en el recubrimiento y cada recubrimiento juega su propio papel. El rendimiento anticorrosión es la suma de estos efectos y la capa superior generalmente proporciona protección física. El equipo de investigación conjunto de Los Álamos y la NASA en Estados Unidos ha descubierto por primera vez que la polianilina se puede utilizar como revestimiento-resistente a la corrosión para acero con contenido medio de carbono.
El recubrimiento de mezcla de polianilina y recubrimiento tradicional se refiere al proceso de mezclar polvo de polianilina con sustancias formadoras de película-de recubrimiento convencional (como resina epoxi, resina alquídica, etc.) y aplicarlas para obtener un recubrimiento anticorrosión de mezcla de polianilina. Este método es el más utilizado para estudiar el mecanismo y el rendimiento anticorrosión de la polianilina. Es diferente de los recubrimientos con polianilina como imprimación, y el rendimiento anticorrosión del recubrimiento es el resultado de las interacciones orgánicas de cada componente. La polianilina base esmeralda se puede utilizar no solo para recubrimientos anticorrosión, sino también para la preparación de recubrimientos de protección contra interferencias electromagnéticas (EMI) y recubrimientos anti-estáticos.
La conductividad de los polímeros permite que los recubrimientos pasivan áreas metálicas expuestas, mientras que el principio del blindaje EMI es utilizar materiales conductores de baja resistencia y utilizar la reflexión de ondas electromagnéticas en la superficie del conductor de blindaje, la absorción dentro del conductor y la pérdida durante la transmisión para dificultar su propagación. Cuando se utiliza PAn conductor como material conductor, puede resolver hasta cierto punto las desventajas de los rellenos conductores metálicos costosos, de alta-densidad y que se oxidan o corroen fácilmente. Alguien ha preparado revestimientos de protección EMI encapsulando materiales a base de carbono con PAn conductor como componente conductor principal y resina termoplástica como principal sustancia formadora de película.
El mecanismo anticorrosión de la polianilina aún no está claro y los investigadores han propuesto muchas teorías, incluido el mecanismo de blindaje, el mecanismo de campo eléctrico, el mecanismo de recubrimiento bipolar, el mecanismo de adsorción, el mecanismo de protección anódica, el mecanismo de inhibición de la corrosión por iones dopantes y el mecanismo de protección catódica. Se puede confirmar que durante la transición de estados de oxidación, el potencial de oxidación-reducción de la polianilina es mucho mayor que el de los metales, lo cual es una de las razones por las que la polianilina tiene la capacidad de resistir la corrosión de los metales.
La polianilina tiene estructuras completamente oxidadas (LEB) y semioxidadas (EB) cuando el valor del pH ambiental es mayor o igual a 7. Estas dos estructuras de polianilina solo desempeñan una función de aislamiento mecánico en el proceso de protección de los metales, similar a la forma de protección de recubrimiento no-metálico en superficies metálicas.
Cuando la polianilina en la superficie del metal tiene defectos, no brinda protección a esa área; Cuando el valor del pH ambiental de la polianilina es inferior a 7, la estructura de la polianilina cambia y forma la forma de sal de polianilina (ES). En este momento, la polianilina tiene buena conductividad y actividad electroquímica. Esta forma de polianilina no solo tiene un efecto de aislamiento mecánico en la protección de metales, sino que también tiene un cierto efecto de pasivación catalítica.
Cuando la polianilina en la superficie del metal se daña, actúa como un agente de pasivación catalítico en el área afectada, lo que hace que la parte metálica expuesta del recubrimiento de polianilina dañado experimente una reacción de oxidación anódica en condiciones ácidas, restaurando rápidamente la capa de pasivación de la superficie.
Alguien ha utilizado un material de revestimiento compuesto de polianilina/polimetacrilato de metilo para detectar gas amoniaco en baja concentración. Según la diferente conductividad del material compuesto, la concentración límite de gas amoníaco se puede detectar dentro del rango de (10-4000) × 10-6. Y cuando se rellena con nitrógeno, la conductividad y transmitancia del revestimiento compuesto pueden volver rápidamente a su estado inicial, logrando así un uso cíclico.
batería
La polianilina tiene las características de alta capacidad para almacenar cargas, buena estabilidad al oxígeno y al agua, buen rendimiento electroquímico, baja densidad y propiedades reversibles de oxidación/reducción. Puede utilizarse como matriz conductora y como material activo en electrodos compuestos, y se ha utilizado como material de electrodo en baterías de polímero de litio y células solares.
La batería de plástico hecha depolianilina base esmeraldinano sólo es liviano, sino que también tiene una eficiencia coulómbica superior al 95%. Su densidad de energía teórica puede alcanzar más de 500 Wh/kg, que es varias veces mayor que la de las baterías de plomo-ácido (184 Wh/kg). Las baterías de polímero de litio, también conocidas como baterías de iones de litio-que utilizan compuestos de PAn y PAn como materiales de electrodo, utilizan principalmente la reversibilidad del dopado/desdopado de los compuestos de PAn en el proceso de reacción del electrodo para lograr reacciones redox y completar el proceso de carga y descarga de la batería. Esta batería tiene una alta densidad de energía y soluciona el problema de la selección limitada de materiales de electrodos positivos en las baterías tradicionales de iones de litio-.
Se prepararon nanofibras de PAn/V2O5 mediante el método de micelas inversas y se utilizaron como materiales catódicos para baterías secundarias de iones de litio-, y se estudiaron sus propiedades electroquímicas. Los resultados mostraron que las nanofibras compuestas tienen un mejor rendimiento cíclico que las nanofibras V2O5, y el uso de materiales de carbono en lugar de litio metálico como electrodo negativo de las baterías puede reemplazar las reacciones de deposición y disolución del litio metálico en el electrodo, evitando el problema de la formación de dendritas de litio en la superficie del electrodo negativo, manteniendo las ventajas del alto voltaje y la alta energía específica de las baterías de litio y mejorando en gran medida la vida útil cíclica y el rendimiento de seguridad de las baterías.
El mecanismo básico de las células solares de polímero se basa principalmente en el efecto fotovoltaico de la unión p-n del semiconductor, lo que significa que bajo la irradiación de la luz, los pares de huecos de electrones generados dentro del semiconductor se separan y generan fuerza electromotriz bajo la acción del campo electrostático. Las células solares de polímero tienen las ventajas de una fácil preparación y purificación, fácil procesamiento, bajo costo, modificación química según las necesidades, alto voltaje de circuito abierto y la capacidad de producir dispositivos flexibles de gran-área gracias a los materiales semiconductores de polímero.
Amortiguador
El principio de absorción de los materiales absorbentes es absorber o atenuar las ondas electromagnéticas incidentes y convertir la energía electromagnética en energía térmica u otras formas de energía para su disipación. La polianilina es un tipo de material que absorbe pérdidas eléctricas y su rendimiento de absorción está estrechamente relacionado con su constante dieléctrica, conductividad y otras propiedades. Entre ellos, PAn tiene un sistema conjugado de dos electrones, su conductividad puede variar entre aislantes, semiconductores y metales.
Y tiene las características de diseño y síntesis molecular, estructura diversificada, densidad pequeña, banda de absorción amplia, parámetros electromagnéticos ajustables, procesamiento compuesto fácil, etc., lo que evita las deficiencias del rendimiento deficiente de los materiales metálicos magnéticos que absorben microondas, como anti-envejecimiento, resistencia a ácidos y álcalis, características espectrales, etc. Pero PAn tiene una fuerte rigidez entre cadenas y una alta fragilidad, que se puede mejorar al combinarlo.
Alguien ha preparado PAn/MMTNC dopados con DBSA, que exhiben un rendimiento de absorción de microondas en el rango de 2-18 GHz. La pérdida por reflexión es inferior a -10 dB en el rango de 13-14 GHz y la pérdida por reflexión máxima a 13 GHz es -10,3 dB. Estados Unidos y otros países ya lo han utilizado como material de calentamiento a larga distancia para la tecnología de soldadura de plástico en transbordadores espaciales. El compuesto de polianilina también se utilizó para fabricar materiales absorbentes de radar con transparencia óptica, que se rociaron en las ventanas ópticamente transparentes de las cubiertas de las cabinas de los aviones y en las armas guiadas con precisión para debilitar los ecos del radar de los objetivos.
Sin embargo, es difícil que PAn cumpla simultáneamente las características de adaptación de impedancia y fuerte absorción, pero se puede lograr combinando PAn con partículas magnéticas con propiedades de absorción de pérdidas magnéticas. Por ejemplo, cuando se agregan nanocristales de NiFe2O4 a un sistema mixto de PAN y parafina, la mezcla de polvo compuesto de PAn/NiFe2O4 y parafina tiene pérdida dieléctrica y pérdida magnética dentro del rango de frecuencia de prueba, y su rendimiento de absorción de microondas en el sistema mixto es mayor que cuando se agrega PAN solo.
sensor
Debido a su excelente conductividad, el PAn se puede utilizar como un "cable molecular" para transferir electrones directamente entre sustancias bioactivas y electrodos, mejorando significativamente las características de respuesta de los biosensores y creando así biosensores de tercera-generación sin mediadores. Además, al dopar diferentes aniones durante el proceso de síntesis, se puede utilizar para detectar diferentes objetos analíticos. Alguien montó un biosensor selectivo de dopamina utilizando el método de recubrimiento de gotas, que puede detectar dopamina en una concentración de 1/5000 de la concentración de vitamina C en neutral.
Algunas personas han utilizado las propiedades de cambio de color de la polianilina para detectar la radiación C-y han determinado la relación funcional entre la dosis de radiación y el espectro de absorción midiendo los espectros de absorción UV visible de películas de polianilina expuestas a diferentes dosis de radiación.
Fibra conductora
La preparación de fibras conductoras utilizandopolianilina base esmeraldinano solo tiene una conductividad excelente y duradera-, sino que también ajusta fácilmente la conductividad de las fibras cambiando la concentración de ácido dopante, que es una propiedad excelente que otras fibras no poseen. Mezclar una cantidad muy pequeña de fibras conductoras en fibras comunes puede dotar a los productos de fibra de suficientes propiedades anti-estáticas, y las propiedades anti-estáticas no se verán afectadas por la humedad ambiental. Alguien ha oxidado y dopado las fibras, dando como resultado fibras conductoras con una resistencia específica de 1,05 × 10-2 Ω cm.
Preguntas frecuentes
¿Puede la polianilina conducir electricidad?
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La polianilina (PANI) es un polímero en forma de varilla semiflexible queconduce electricidad. PANI tiene una estructura conjugada que induce conductividad en un estado dopado, donde los dopantes suelen ser ácidos, ofreciendo conductividad PANI.
¿Cuál es el pH de la polianilina?
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Las capas finas de polianilina son adecuadas para medir ópticamente el pH en el rango de 2 a 12 en la región del infrarrojo cercano.. La deposición de tales capas se ve facilitada en gran medida por el uso de polianilina procesable en solución-. En las curvas de titulación se observan efectos de histéresis no considerados anteriormente.
¿La polianilina es soluble en agua?
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La polianilina pura (PAni) es insoluble en agua.. Se sintetizaron con éxito complejos-solubles en agua de PAni con diferentes derivados de celulosa mediante el uso de polimerización por oxidación química de anilina en una solución acuosa de derivados de celulosa.
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