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Polianilina à base de eucaliptina, como uma polianilina intrínseca, possui uma estrutura molecular composta por unidades alternadas únicas de quinona-benzenodiamina, apresentando um brilho metálico que varia do verde esmeralda ao azul profundo. A característica mais notável desta forma reside em seu efeito de troca molecular dopante com ácido protônico: quando expostos ao ácido protônico, os anéis de quinona na cadeia molecular sofrem protonação reversível, e o rearranjo da nuvem de elétrons leva à transformação da estrutura da quinona na estrutura do benzeno, formando instantaneamente níveis de energia polarizados dentro do band gap, e a condutividade elétrica pode saltar de um estado isolante de 10^-10 S/cm para um estado semicondutor de 1-10 S/cm. Este mecanismo de dopagem exclusivo não envolve alterações no número de elétrons da cadeia principal, mas pode alcançar uma transição de condutor-isolante simplesmente trocando o ambiente ácido-base, tornando-o um material ideal para sensores químicos. Os átomos de nitrogênio da imina na cadeia molecular podem não apenas combinar-se com prótons, mas também coordenar-se com íons metálicos, dotando-a da capacidade de capturar íons de metais pesados. No campo da prevenção da corrosão, seu potencial redox está precisamente dentro da faixa de passivação do metal e pode induzir a formação de uma densa camada de óxido na superfície da liga por meio da transferência de carga. Este material também possui excelente estabilidade ambiental e capacidade de processamento em solução. Através da dopagem ácida funcionalizada, sua hidrofilicidade e estrutura de banda podem ser reguladas ainda mais, demonstrando grande potencial em eletrônica flexível, blindagem eletromagnética e revestimentos inteligentes.
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Fórmula Química |
Li2O |
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Massa Exata |
30 |
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Peso molecular |
30 |
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m/z |
30 (100.0%), 29 (16.4%) |
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Análise Elementar |
Li, 46,45; Ó, 53,55 |
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Polianilina base esmeraldinaé um composto polimérico com propriedades elétricas e ópticas especiais, que pode apresentar condutividade e propriedades eletroquímicas após dopagem. Possui uma ampla gama de aplicações, incluindo materiais condutores, sensores, dispositivos eletrônicos, dispositivos ópticos e células solares.
pintar
O revestimento de polianilina, também conhecido como revestimento, é um método de revestimento mecânico usado para formar um filme anticorrosivo de polianilina uniforme e completo-na superfície de metais, como aço-laminado a frio, aço de baixo-carbono, alumínio, cobre, etc. Seu mecanismo anti-corrosão é passivar o metal, formar uma camada protetora de óxido na superfície do metal e aplicar um revestimento adequado para causar a migração do potencial de corrosão, reduzindo assim a taxa de corrosão do metal. metálico. Além disso, devido às suas muitas vantagens, como fácil disponibilidade de matérias-primas, síntese simples, ausência de poluição e peso leve, é considerado uma nova geração de revestimentos anticorrosivos de alta-eficiência ambientalmente aceitáveis.
Contudo, o PAn é difícil de processar e é insolúvel em solventes orgânicos convencionais. A polianilina pura tem baixa adesão aos metais, é cara e tem baixa utilização, o que apresenta certos obstáculos na aplicação prática. As pessoas geralmente usam polianilina como aditivo em revestimentos anti-corrosão para formar revestimentos anti-corrosão à base de polianilina. Os revestimentos de polianilina podem ser classificados em três tipos com base em suas substâncias: revestimentos de polianilina simples, revestimentos com polianilina como primer e revestimentos mistos de polianilina e revestimentos tradicionais.
Em 1985, Deberry descobriu que o filme de polianilina eletrodepositado em aço inoxidável poderia reduzir significativamente a taxa de corrosão do aço inoxidável em solução de ácido sulfúrico. Na verdade, tratava-se de um único revestimento de polianilina, onde a anilina era depositada diretamente na superfície do eletrodo metálico por meio de reação de polimerização eletroquímica em solução ácida para obter um revestimento de polianilina. Mas este método é difícil de aplicar a componentes metálicos maiores.
O revestimento primário de polianilina refere-se à aplicação de polímeros tradicionais como acabamentos sobre revestimentos de polianilina, formando um revestimento composto com polianilina.
Sua vantagem é que não há necessidade de considerar a dispersibilidade da polianilina no revestimento, e cada revestimento desempenha sua função. O desempenho anti-corrosão é a soma desses efeitos, e a camada de acabamento geralmente fornece proteção física. A equipe de pesquisa conjunta de Los Alamos e da NASA nos Estados Unidos descobriu pela primeira vez que a polianilina pode ser usada como um revestimento-resistente à corrosão para aço de médio carbono.
O revestimento de polianilina e mistura de revestimento tradicional refere-se ao processo de mistura de pó de polianilina com substâncias formadoras de filme de revestimento convencional-(como resina epóxi, resina alquídica, etc.) e sua aplicação para obter revestimento anti-corrosão de mistura de polianilina. Este método é o método mais comumente usado para estudar o desempenho anti{4}}corrosão e o mecanismo da polianilina. É diferente dos revestimentos com polianilina como primer, e o desempenho anti-corrosivo do revestimento é o resultado das interações orgânicas de cada componente. A polianilina à base de esmeraldina pode ser usada não apenas para revestimentos anti{8}}corrosão, mas também para a preparação de revestimentos de proteção contra interferência eletromagnética (EMI) e revestimentos anti{9}estáticos.
A condutividade dos polímeros permite que os revestimentos passivam áreas metálicas expostas, enquanto o princípio da blindagem EMI é usar materiais condutores de baixa resistência e utilizar a reflexão de ondas eletromagnéticas na superfície do condutor de blindagem, absorção dentro do condutor e perda durante a transmissão para impedir sua propagação. Quando o PAn condutor é usado como material condutor, ele pode, até certo ponto, resolver as desvantagens de enchimentos condutores metálicos caros, de alta-densidade e facilmente oxidados ou corroídos. Alguém preparou revestimentos de proteção EMI encapsulando materiais à base de carbono com PAn condutor como principal componente condutor e resina termoplástica como principal substância formadora de filme.
O mecanismo anti-corrosão da polianilina ainda não está claro, e os pesquisadores propuseram muitas teorias, incluindo mecanismo de blindagem, mecanismo de campo elétrico, mecanismo de revestimento bipolar, mecanismo de adsorção, mecanismo de proteção anódica, mecanismo de inibição de corrosão por íon dopante e mecanismo de proteção catódica. Pode-se confirmar que durante a transição dos estados de oxidação, o potencial de{2}redução de oxidação da polianilina é muito maior do que o dos metais, o que é uma das razões pelas quais a polianilina tem a capacidade de resistir à corrosão dos metais.
A polianilina possui estruturas totalmente oxidadas (LEB) e semi-oxidadas (EB) quando o valor do pH ambiental é maior ou igual a 7. Essas duas estruturas de polianilina desempenham apenas um papel de isolamento mecânico no processo de proteção de metais, semelhante à forma de proteção de revestimento não metálico em superfícies metálicas.
Quando a polianilina na superfície do metal apresenta defeitos, ela não confere proteção a essa área; Quando o valor do pH ambiental da polianilina é inferior a 7, a estrutura da polianilina muda e forma a forma de sal de polianilina (ES). Neste momento, a polianilina apresenta boa condutividade e atividade eletroquímica. Esta forma de polianilina não só tem um efeito de isolamento mecânico na proteção do metal, mas também tem um certo efeito de passivação catalítica.
Quando a polianilina na superfície metálica é danificada, ela atua como um agente de passivação catalítica na área afetada, fazendo com que a parte metálica exposta do revestimento de polianilina danificado sofra uma reação de oxidação anódica sob condições ácidas, restaurando rapidamente a camada de passivação da superfície.
Alguém usou um material de revestimento composto de polianilina/polimetilmetacrilato para detectar gás amônia em baixa concentração. Com base nas diferentes condutividades do material compósito, a concentração limite de gás amônia pode ser detectada na faixa de (10-4000) × 10-6. E quando o nitrogênio é preenchido, a condutividade e a transmitância do revestimento compósito podem retornar rapidamente ao seu estado inicial, alcançando assim o uso cíclico.
bateria
A polianilina possui características de alta capacidade de armazenar cargas, boa estabilidade ao oxigênio e à água, bom desempenho eletroquímico, baixa densidade e propriedades reversíveis de oxidação/redução. Ele pode ser usado tanto como matriz condutora quanto como material ativo em eletrodos compostos, e tem sido usado como material de eletrodo em baterias de polímero de lítio e células solares.
A bateria de plástico feita depolianilina base esmeraldinanão é apenas leve, mas também tem uma eficiência coulombiana superior a 95%. Sua densidade de energia teórica pode atingir mais de 500Wh/kg, o que é várias vezes maior que a das baterias de{3}ácido chumbo (184Wh/kg). Baterias de polímero de lítio, também conhecidas como baterias de íons de lítio usando compósitos PAn e PAn como materiais de eletrodo, utilizam principalmente a reversibilidade da dopagem/desdopagem de compósitos PAn no processo de reação do eletrodo para obter reações redox e completar o processo de carga e descarga da bateria. Esta bateria tem uma alta densidade de energia e resolve o problema da seleção limitada de materiais de eletrodo positivo em baterias tradicionais de íons de lítio.
Nanofibras de PAn/V2O5 foram preparadas pelo método de micela reversa e utilizadas como materiais catódicos para baterias secundárias de íon-lítio, e suas propriedades eletroquímicas foram estudadas. Os resultados mostraram que as nanofibras compostas têm melhor desempenho de ciclagem do que as nanofibras V2O5, e o uso de materiais de carbono em vez de lítio metálico como eletrodo negativo das baterias pode substituir as reações de deposição e dissolução do lítio metálico no eletrodo, evitando o problema de formação de dendritos de lítio na superfície do eletrodo negativo, mantendo as vantagens de alta tensão e alta energia específica das baterias de lítio e melhorando significativamente a vida útil do ciclo e o desempenho de segurança das baterias.
O mecanismo básico das células solares poliméricas é baseado principalmente no efeito fotovoltaico da junção p-n do semicondutor, o que significa que sob a irradiação da luz, os pares de buracos de elétrons gerados dentro do semicondutor são separados e geram força eletromotriz sob a ação do campo eletrostático. As células solares de polímero têm as vantagens de fácil preparação e purificação, fácil processamento, baixo custo, modificação química de acordo com as necessidades, alta tensão de circuito aberto e capacidade de produzir dispositivos flexíveis de grande-área devido a materiais semicondutores poliméricos.
Absorvedor
O princípio de absorção dos materiais absorventes é absorver ou atenuar as ondas eletromagnéticas incidentes e converter a energia eletromagnética em energia térmica ou outras formas de energia para dissipação. A polianilina é um tipo de material que absorve perdas elétricas e seu desempenho de absorção está intimamente relacionado à sua constante dielétrica, condutividade e outras propriedades. Dentre eles, o PAn possui um sistema conjugado de dois elétrons, sua condutividade pode variar entre isolantes, semicondutores e metais.
E tem as características de design e síntese molecular, estrutura diversificada, pequena densidade, ampla banda de absorção, parâmetros eletromagnéticos ajustáveis, fácil processamento de compostos, etc., o que evita as deficiências de baixo desempenho de materiais absorventes de micro-ondas de metal magnético, como anti-envelhecimento, resistência a ácidos e álcalis, características de espectro, etc.
Alguém preparou PAn/MMTNCs dopados com DBSA, que exibem desempenho de absorção de microondas na faixa de 2-18 GHz. A perda de reflexão é inferior a -10 dB na faixa de 13-14 GHz, e a perda máxima de reflexão em 13 GHz é de -10,3 dB. Os Estados Unidos e outros países já o utilizaram como material de aquecimento de longa distância para tecnologia de soldagem de plástico em ônibus espaciais. O composto de polianilina também foi usado para fazer materiais absorventes de radar com transparência óptica, que foram pulverizados nas janelas transparentes ópticas das tampas da cabine das aeronaves e nas armas guiadas com precisão para enfraquecer os ecos do radar dos alvos.
No entanto, é difícil para o PAn atender simultaneamente às características de correspondência de impedância e forte absorção, mas isso pode ser alcançado combinando o PAn com partículas magnéticas com propriedades de absorção de perda magnética. Por exemplo, quando nano cristais de NiFe2O4 são adicionados a um sistema misto de PAN e parafina, a mistura de pó composto de PAn/NiFe2O4 e parafina tem perda dielétrica e perda magnética dentro da faixa de frequência de teste, e seu desempenho de absorção de microondas no sistema misto é maior do que quando o PAN é adicionado sozinho.
sensor
Devido à sua excelente condutividade, o PAn pode ser usado como um "fio molecular" para transferir elétrons diretamente entre substâncias bioativas e eletrodos, melhorando significativamente as características de resposta dos biossensores e tornando assim biossensores de terceira{0}}geração sem mediadores. Além disso, ao dopar diferentes ânions durante o processo de síntese, pode ser usado para detectar diferentes objetos analíticos. Alguém montou um biossensor seletivo de dopamina usando o método de revestimento por gotículas, que pode detectar dopamina em uma concentração de 1/5000 da concentração de vitamina C em estado neutro.
Algumas pessoas usaram as propriedades de mudança de cor da polianilina para detectar radiação C-e determinaram a relação funcional entre a dose de radiação e o espectro de absorção medindo os espectros de absorção UV visível de filmes de polianilina expostos a diferentes doses de radiação.
Fibra condutora
A preparação de fibras condutoras usandopolianilina base esmeraldinanão só tem condutividade excelente e{0}}duradoura, mas também ajusta facilmente a condutividade das fibras alterando a concentração do ácido dopante, o que é uma propriedade excelente que outras fibras não possuem. A mistura de uma quantidade muito pequena de fibras condutoras em fibras comuns pode conferir aos produtos de fibra propriedades anti{2}}estáticas suficientes, e as propriedades anti{3}}estáticas não serão afetadas pela umidade ambiental. Alguém oxidou e dopou as fibras, resultando em fibras condutoras com uma resistência específica de 1,05 × 10-2 Ω cm.
Perguntas frequentes
A polianilina pode conduzir eletricidade?
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A polianilina (PANI) é um polímero em bastão semiflexível queconduz eletricidade. PANI possui uma estrutura conjugada que induz condutividade em estado dopado, onde os dopantes geralmente são ácidos, oferecendo condutividade PANI.
Qual é o pH da polianilina?
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Camadas finas de polianilina são adequadas para medir opticamente o pH na faixa de 2 a 12 na região do infravermelho próximo. A deposição de tais camadas é fortemente facilitada pelo uso de polianilina processável em solução. Efeitos de histerese anteriormente não considerados são observados nas curvas de titulação.
A polianilina é solúvel em água?
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A polianilina pura (PAni) é insolúvel em água. Complexos-solúveis em água de PAni com diferentes derivados de celulose foram sintetizados com sucesso usando polimerização por oxidação química de anilina em solução aquosa de derivados de celulose.
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