TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI
2 KHOA HÓA HỌC
------------------------

NGUYỄN THỊ HÀ

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH
CHẤT VẬT LIỆU COMPOZIT
POLYANILIN / VỎ TRỨNG

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa lý

Hà Nội – Tháng 5/2012

1

–


2

–


MỤC LỤC
MỤC LỤC.............................................................................................................1
MỞ ĐẦU...............................................................................................................4
CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN................................................................................6
– polyanilin (PANi).....................................................................6
1.1.1. Cấu trúc phân tử polyanilin..........................................................................7

....................................................................... 30

2.2. Phươ

-ghen..................................................................30

nh hi

(SEM)...................................................................31

CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM.......................................................................32
....................................................................................... 32
...................................................................................... 33
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU........................................................35
4.1. Phổ hồng ngoại..............................................................................................35
4.2. Phổ Rơn-Ghen...............................................................................................40
............................................................................................... 41
KẾT LUẬN..........................................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................44



MỞ ĐẦU
Trên thế giới hiện nay hợp chất cao phân tử được sử dụng rộng rãi trong
nhiều ngành công nghiệp khác nhau, như công nghiêp chế tạo ôtô, máy bay,
đóng tàu, dệt may, …. Bởi nó là một hợp chất có tính chất đặc biệt: nhẹ, bền
cơ học, bền nhiệt, khó phân hủy trong môi trường sử dụng … và rất dễ gia
công thành sản phẩm với thiết bị đơn giản mang lại năng suất cao.
Trong lĩnh vực polyme, polyme với các nối đôi liên hợp có những tính
chất khác với polyme thông thường là khả năng dẫn điện được gọi là polyme

:
.
-

.

Phương pháp nghiên cứu:
Thu thập tài liệu trên mạng và một số sách.
.


.

-Ghen 


.
.



Chƣơng 1:TỔNG QUAN
1.1. P

– polyanilin (PANi)

Quá trình tổng hợp polyme dẫn đã biết từ khá lâu nhưng sự phát triển của
nó bắt đầu từ năm 1975 với sự khám phá ra các polyme hữu cơ. Đặc biệt vào
cuối những năm 70 màng polyme với khả năng dẫn điện đã trở thành vấn đề
nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu và phát triển.

polyanilin
Green và Woodhead đã mô tả PANi như là mạch chính của cặp phân tử
anilin đầu cuối ở vị trí para của vòng thơm. PANi là sản phẩm cộng hợp của
nhiều phân tử anilin trong điều kiện có mặt của tác nhân oxi hóa làm xúc tác.
NH

NH

N
a

N
b

a, b = 0, 1, 2, 3, 4,…
PANi có thể tồn tại nhiều trạng thái oxi hóa khử khác nhau. Với mỗi
trạng thái có một cấu trúc mạch polyme khác nhau và có màu sắc cũng khác
nhau.
Các trạng thái oxi hóa khử cụ thể:
Khi a = 0, pernigranlin (màu xanh tím), trạng thái oxi hóa hoàn toàn.
N

N

N

Khi b = 0, leucoemeradin (màu vàng), trạng thái khử cao nhất

N



Ngoài ba trạng thái cơ bản: pernigranlin (màu xanh tím), leucoemeradin
(màu vàng), emeradin (màu xanh nước biển); do được hoạt hóa cao của nhóm
( NH ) và mã cấu trúc (=NH ), PANi thường tạo muối với các axít thành
dạng emeraldin có tính chất dẫn điện tốt.
1.1.2. Một số tính chất của polyanilin
1.1.2.1. Tính dẫn điện
Polyanilin có hệ thống nối đôi liên hợp dọc toàn bộ mạch phân tử hoặc
trên những đoạn lớn của mạch nên nó là một hợp chất hữu cơ dẫn điện.
Polyanilin có thể tồn tại cả ở trạng thái cách điện và cả ở trạng thái dẫn điện.
Trong đó trạng thái muối emeradin có độ dẫn điện cao nhất và ổn định nhất.
Tính dẫn của các muối emeradin PANi phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm
cũng như là phụ thuộc vào cả dung môi. Ngoài ra, điều kiện tổng hợp có ảnh
hưởng đến việc hình thành sai lệch hình th

.
Các vật liệu kim loại dẫn điện nhờ sự di chuyển của các điện tử trong cấu
trúc mạng tinh thể của chúng. Đối với các polyme dẫn điện, quá trình dẫn
điện xảy ra hơi khác một chút. Đám mây điện tử di chuyển trong một tiểu



phân. Giữa các tiểu phân có một đường hầm lượng tử từ tiểu phân này tới tiểu
phân khác. Trong phân tử có sự liên hợp giữa các liên kết π trong vòng
benzoic và quinoic với electron trên nhóm NH khi được pha tạp. Quá trình
pha tạp tạo nên sự khác biệt về độ dẫn điện giữa dạng emeradin và muối
emeradin.
Sự bất định đối xứng của một số lớn electron dọc theo mạch polyme
trong hệ thống nối đôi liên hợp mang lại thuận lợi lớn về mặt năng lượng.
Polyme dẫn có độ bền nhiệt động cao do khi tạo thành hệ thống nối đôi liên

dung dịch.
1 : Độ dẫn điện của PANi trong một số môi trường axít [11]
Axít

Độ dẫn điện

Axít

-2

(s/cm) * 10

Độ dẫn điện
(s/cm) * 10

H2SO4

9,72

H3PO4

8,44

HCl

9,14

HClO4

8,22

trạng thái oxi hóa khác nhau [14]. Khi doping thêm các chất khác nhau thì sự
thay đổi màu sắc của PANi còn đa dạng hơn nhiều. Ví dụ: khi doping thêm

10

–


11

–


ion Cl thì màu sắc của polyanilin có thể thay đổi từ màu vàng (trạng thái khử)
sang màu xanh (trạng thái oxy hóa) [19].
Nhờ vào tính điện sắc đó ta có thể quan sát và biết được trạng thái tồn tại
của PANi ở môi trường nào.
1.1.2.3. .3. Khả năng tích trữ năng lƣợng
PANi ngoài khả năng dẫn điện nó còn có khả năng tích trữ năng lượng
cao do vậy người ta sử dụng làm vật liệu chế tạo nguồn điện thứ cấp. Ví dụ:
ắc quy, tụ điện. PANi có thể thay thế MnO2 trong pin do MnO2 là chất độc hại
với môi trường. Ngoài ra pin dùng PANi có thể dùng phóng nạp nhiều lần.
Đây là ứng dụng có nhiều triển vọng trong công nghiệp năng lượng.
Cơ chế của quá trình phóng nạp của ắc quy Zn/PANi cũng tương tự như
Zn/MnO2 [14].
Tại cực âm:

2+

Zn

+

2Cl-

+

ZnCl2

x

Phản ứng tổng hợp:
H

H

N+

N+

Cl-

Clx

+2e2+
+Zn

H

H


cấu tạo như sau:
H

H

H

H

N

N

N

N

Quá trình tổng hợp PANi được diễn ra trong sự có mặt của tác nhân oxy
hóa làm xúc tác. Người ta thường sử dụng amonipesunfat (NH4)2S2O8 làm
chất oxy hóa trong quá trình tổng hợp PANi và nhờ nó mà có thể tạo được
polyme có khối lượng phân tử rất cao và độ dẫn tối ưu hơn so với các chất
oxy hóa khác [15, 17]. Phản ứng trùng hợp các monome anilin xảy ra trong
môi trường axít (H2SO4, HCl, HClO4, …) hay môi trường có hoạt chất oxy



hóa như các chất tetra flouroborat khác nhau (NaBF4, NO2BF4, Et4NBF4).
Trong những hệ PANi – NaBF4, PANi – NO2BF4, PANi – Et4NBF4, do tính
chất thủy phân yếu của các cation nên anion sẽ thủy phân tạo ra HBF4, HBF4
đóng vai trò như một tác nhân proton hóa rất hiệu quả được sử dụng để làm