导电聚苯胺纳米复合材料的制备、性能及其应用研究

胡茂琨+李甘

摘 要：本文对导电聚苯胺纳米复合材料的制备进行简单阐述，介绍并分析了导电聚苯胺纳米复合材料在钢铁腐蚀防护中的应用及性能，希望能够从理论层面上为导电聚苯胺纳米复合材料的应用及发展研究提供一点支持。

关键词：导电聚苯胺；纳米复合材料；制备；性能

一、引言

导电聚苯胺纳米复合材料在金属腐蚀防护中具有较高的应用价值。其制备方法分为很多种，相关人员也围绕此展开了深入研究，并针对其在钢铁腐蚀防护中的应用及性能进行了分析，取得了比较理想的成效，这对于钢铁材料保护及应用发展有着十分重要的現实意义。

二、导电聚苯胺纳米复合材料的制备

导电聚合物与纳米材料复合到一起，可以使导电高分子的性能得到增加。现阶段，聚苯胺纳米复合材料主要有：导电聚苯胺-磁性纳米粒子复合材料、导电聚苯胺-碳纳米管复合材料、导电聚苯胺-聚合物复合材料以及导电聚苯胺-氧化物纳米复合材料等等。

以磁性导电聚合物为例，其是由导电聚合物与磁性纳米粒子复合而成。其次，相关研究人员还对苯胺的原位乳液加以运用，采取聚合的方式对聚苯胺/碳纳米管的杂化材料进行了制备，并围绕此展开了相关研究，结果显示，这种材料在导电性与热稳定性方面具有比较突出的优势，并且提出聚苯胺含量与其导电性成成比例关系。

再者，还有人在无模版条件下，对含Au纳米粒子的聚苯胺纳米纤维进行了合成。首先，将Au纳米粒子的金属盐溶液掺加到含有苯胺单体，掺有杂质子酸与氧化剂的溶液中进行溶解，在辐射后，就生成了聚苯胺纳米纤维。在这一过程中，金属盐发生还原反应，生成金属纳米粒子，并在聚苯胺纳米纤维中均匀分布。有研究者还对两相法加以运用，对银/聚苯胺纳米复合材料进行合成。在主要成为为苯胺的甲苯溶液中分散银纳米粒子，而质子酸的水溶液则溶解了氧化剂；通过混合油相与水相溶液，待分层之后放置一段时间，就可以得到含银纳米粒子的聚苯胺纳米膜或聚苯胺/银纳米离子核壳结构。

最后，相关研究人员采用模板法，选择聚苯乙烯纳米胶粒，对聚苯胺/聚苯乙烯纳米微球进行制备，这种材料具有可控的结构，并且具有均一的尺寸。在具体制备中，只需要对苯胺/聚苯乙烯的重量比或掺杂剂的添加率进行更更改，就可以对微球尺寸与形状进行控制。如果按照1∶3设置苯胺/聚苯乙烯重量，那么就可以制得直径为500nm，呈球状的聚苯胺/聚苯乙烯复合粒子。

三、导电聚苯胺纳米复合材料在钢铁腐蚀防护中的应用及性能分析

1.钢铁腐蚀

目前，钢铁这种金属材料有着十分广泛的应用，而在使用过程中，钢铁也面临着腐蚀这一严重问题。根据统计，全球范围内每年由于金属腐蚀而损失近万亿美元，不只如此，钢铁腐蚀还会给人们带来灾难，因此，针对钢铁腐蚀防护技术的研究与应用具有重要的现实意义。关于钢铁的腐蚀类型，主要可以按照两种形式进行划分，一种是根据腐蚀的形态，将钢铁腐蚀分为全面腐蚀与局部腐蚀；而另一种则以一腐蚀的反应历程为依据，对钢铁腐蚀进行划分，即化学腐蚀与电化学腐蚀。

2.导电聚苯胺纳米复合材料在钢铁腐蚀防护中的应用机理

现阶段，在钢铁腐蚀防护中，聚苯胺的应用机理主要涉及到几个观点，具体阐述如：

第一，机械屏蔽作用。将聚苯胺防腐涂层设置在钢铁表面，可以通过机械屏蔽作用来对钢铁腐蚀进行裱糊。相关研究人员对电化学交流阻抗技术加以运用，围绕电化学沉积聚苯胺、对铁的腐蚀保护作用进行了研究，根据研究结果，得知如果按照1μm的厚度设置涂层，那么就会产生防腐蚀效果。

第二，导电聚苯胺对金属的阳极保护。根据相关研究，可知当聚苯胺沉积在金属表面时，会升高金属腐蚀点位，进而降低腐蚀率。相关人员提出，在3%的NaCl溶液中，本征态PANI涂层覆盖的铁电极的腐蚀点位可正向移动80mV。其次，有研究人员选择0.3M的HCl与1M的NaCl溶液浸泡覆盖了PANI涂层的碳钢，待24小时后，剥离开PANI涂层，将其在溶液中直接浸泡，然后比较并分析其阻抗值。根据分析结果，发现在没有剥落PANI涂层的碳钢在HCl中具有更大的阻抗，其次则是在NaCl中的碳钢，最后则是剥落了PANI涂层的碳钢。根据实验，可知在聚苯胺的作用下，钢铁与聚合物膜界有一层钝化膜形成，进而对阳极进行保护。此外，有研究者将聚苯胺环氧树脂涂料涂覆在低碳钢表面，然后发现金属表面变成灰色，之后对XPS加以运用，对钢铁表面进行分析，发现有含铁氧化物存在于灰色表面中。还有人利用红外光谱与XPS进行分析，得知在铁电极上涂覆聚苯胺，然后浸泡在NaCl溶液中，能够形成一个稳定性较高的三氧化二铁。聚苯胺属于共轭高分子，其氧化还原能力较强，其氧化还原点位比铁高，因此在接触接触金属的过程中，能够通过水和氧气发生反应，并形成一层致密的金属氧化膜，附着在聚苯胺-金属的界面，进而实现保护作用。

3.聚苯胺涂层性能制备及分析方法

在钢铁腐蚀防护中，导电聚苯胺防腐涂层具有较高的应用价值，其制备方法主要有两种，即共混法与共溶法。前者是以聚苯胺作为功能填料，然后结合常规涂料，例如聚氨酯、聚酯树脂等成膜物质，制成涂料；而共溶法则是在聚合物的有机溶剂中分散聚苯胺胶态粒子，形成分散液体系，然后在金属表面上进行涂覆，等溶剂挥发后就有一层涂层形成。

而在评价聚苯胺涂层性能中，则主要采用重量差法、开路循环点位分析法、电化学调流阻抗增法、光谱分析以及极化曲线法等等。以光谱分析为例，该方法可以对导电聚苯胺结构与性能加以运用，然后通过多种光谱技术研究试样，对金属腐蚀防护情况进行分析。通过对红外光谱图的应用，将官能团的吸收反映出来，进而可以通过反应性官能团的变化来研究其反应机理。鉴于此，在导电聚合物涂层的防腐机理与老化机理研究中，这种方法具有较强的适用性。

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