بولي أنيلين

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
نموذج ملء الفراغ للبنية المحلية لسلسلة بولي أنيلين في حالة أكسدة قاعدة الليوكوميرالدين المخفضة (LEB)، استنادًا إلى البنية البلورية للرباعي. [1]

بولي أنيلين ( PANI ) هو بوليمر موصل وشبه موصل عضوي من عائلة البوليمرات شبه المرنة . كان المركب محل اهتمام منذ ثمانينيات القرن العشرين بسبب موصليته الكهربائية وخصائصه الميكانيكية. يعد بولي أنيلين أحد أكثر البوليمرات الموصلة التي تمت دراستها. [2] [3]

التطور التاريخي

تم اكتشاف البولي أنيلين في القرن التاسع عشر بواسطة ف. فرديناند رونج (1794-1867)، وكارل فريتش (1808-1871)، وجون لايتفوت (1831-1872)، وهنري ليثيبي (1816-1876). [4] درس لايتفوت أكسدة الأنيلين، الذي تم عزله قبل 20 عامًا فقط. طور أول طريق ناجح تجاريًا للصبغة المسماة أسود الأنيلين . [5] [6] لم يحدث أول تقرير نهائي عن البولي أنيلين حتى عام 1862، والذي تضمن طريقة كهروكيميائية لتحديد كميات صغيرة من الأنيلين. [7]

منذ أوائل القرن العشرين، تم نشر تقارير عرضية حول هيكل PANI.

بنية البولي أنيلين (n+m = 1، x = نصف درجة البلمرة).

يتم بلمرة البولي أنيلين من الأنيلين غير المكلف ، ويمكن العثور عليه في إحدى حالات الأكسدة المثالية الثلاثة : [8]

  • لوكوميرالدين – أبيض/شفاف وعديم اللون (C 6 H 4 NH )
  • الزمرد – أخضر لملح الزمرد، أزرق لقاعدة الزمرد ([C 6 H 4 NH] 2 [C 6 H 4 N] 2 ) n
  • (بير)نيجرانيلين – أزرق/بنفسجي (C 6 H 4 N) n

في الشكل، x يساوي نصف درجة البلمرة (DP). الليوكوميرالدين مع n = 1، m = 0 هو الحالة المختزلة بالكامل. البيرنيجرانيلين هو الحالة المؤكسدة بالكامل (n = 0، m = 1) مع روابط إيمين بدلاً من روابط أمين . أظهرت الدراسات أن معظم أشكال البولي أنيلين هي واحدة من الحالات الثلاث أو الخلائط الفيزيائية لهذه المكونات. الشكل الإيميرالديني (n = m = 0.5) من البولي أنيلين، والذي يشار إليه غالبًا باسم قاعدة إيميرالدين (EB)، محايد، إذا تم إشباعه (بروتون) فإنه يسمى ملح إيميرالدين (ES)، مع بروتونات الإيمين النيتروجينية بواسطة حمض. تساعد البروتونات على إزالة موضع حالة ثنائي إيمينوكوينون- ثنائي أمينوبنزين المحاصرة بخلاف ذلك. تعتبر قاعدة إيميرالدين الشكل الأكثر فائدة من البولي أنيلين بسبب استقرارها العالي في درجة حرارة الغرفة وحقيقة أنه عند التشويب بالحمض، فإن شكل ملح إيميرالدين الناتج من البولي أنيلين يكون موصلًا كهربائيًا بدرجة عالية. [6] يعتبر الليوكوميرالدين والبيرنيجرانيلين موصلين رديئين، حتى عند خلطهما بحمض.

يمكن استخدام تغير اللون المرتبط بالبولي أنيلين في حالات الأكسدة المختلفة في أجهزة الاستشعار والأجهزة الكهروكيميائية . [9] تستغل أجهزة استشعار البولي أنيلين عادةً التغيرات في الموصلية الكهربائية بين حالات الأكسدة المختلفة أو مستويات الشوائب. [10] يزيد علاج الزمرد بالأحماض من الموصلية الكهربائية بما يصل إلى عشرة أوامر من حيث الحجم. يتمتع البولي أنيلين غير المشوب بموصلية كهربائية تبلغ6.28 × 10 −9 S/m، في حين أن موصليةيمكن تحقيق 4.60 × 10 −5 S/m عن طريق التطعيم بنسبة 4% من بروميد الهيدروجين. [11] ويمكن تحضير نفس المادة عن طريق أكسدة الليوكوميرالدين.

توليف

على الرغم من أن الطرق الاصطناعية لإنتاج بولي أنيلين بسيطة للغاية، إلا أن آلية البلمرة معقدة على الأرجح. يمكن وصف تكوين الليوكوميرالدين على النحو التالي، حيث [O] هو مؤكسد عام: [12]

ن C 6 H 5 NH 2 + [O] → [C 6 H 4 NH] ن + H 2 O

المؤكسد الشائع هو كبريتات الأمونيوم في حمض الهيدروكلوريك 1 مول (يمكن استخدام أحماض أخرى). يترسب البوليمر على شكل مستحلب غير مستقر مع جزيئات بحجم الميكرومتر.

يتم تحضير (بير)نيجرانيلين عن طريق أكسدة قاعدة الزمرد مع فوق الحمض : [13]

{[C 6 H 4 NH] 2 [C 6 H 4 N] 2 } n + RCO 3 H → [C 6 H 4 N] n + H 2 O + RCO 2 H

يعالج

إن تركيب هياكل النانو من البولي أنيلين سهل للغاية. [14]

باستخدام المواد المنشِّطة للسطح، يمكن جعل البولي أنيلين قابلاً للتشتت وبالتالي مفيدًا للتطبيقات العملية. تم إجراء أبحاث مكثفة حول التركيب السائب لألياف البولي أنيلين النانوية . [15]

تم اقتراح نموذج متعدد المراحل لتكوين قاعدة إيميرالدين. في المرحلة الأولى من التفاعل، تتشكل حالة أكسدة ملح بيرنيجرانيلين PS. في المرحلة الثانية، يتم اختزال بيرنيجرانيلين إلى ملح إيميرالدين حيث يتأكسد مونومر الأنيلين إلى الكاتيون الجذري . [8] في المرحلة الثالثة، يقترن هذا الكاتيون الجذري بملح ES. يمكن متابعة هذه العملية بتحليل تشتت الضوء الذي يسمح بتحديد الكتلة المولية المطلقة . وفقًا لإحدى الدراسات في الخطوة الأولى، يتم الوصول إلى DP 265 مع DP للبوليمر النهائي عند 319. يتكون حوالي 19٪ من البوليمر النهائي من كاتيون الجذر الأنيلين الذي يتكون أثناء التفاعل. [16]

يتم إنتاج البولي أنيلين عادةً في هيئة مجموعات بوليمرية طويلة السلسلة، أو مستحلبات نانوية مثبتة بالمواد الخافضة للتوتر السطحي (أو المواد المحفزة) ، أو مستحلبات ألياف نانوية خالية من المواد المحفزة، وذلك حسب المورد والطريق الصناعي. أصبحت مستحلبات البولي أنيلين المثبتة بالمواد الخافضة للتوتر السطحي أو المواد المحفزة متاحة للبيع التجاري منذ أواخر تسعينيات القرن العشرين. [17]

التطبيقات المحتملة

التطبيقات الرئيسية هي تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة : التشطيبات النهائية، التي تستخدم بملايين الأمتار المربعة كل عام، والطلاءات المضادة للكهرباء الساكنة والتفريغ الكهروستاتيكي ، والحماية من التآكل. [5] [17] كما يستخدم البولي أنيلين ومشتقاته كمواد أولية لإنتاج مواد الكربون المخدرة بالنيتروجين من خلال المعالجة الحرارية عالية الحرارة. [18] كما اكتسبت أجهزة الاستشعار القائمة على البولي أنيلين الزمرد المطبوع الكثير من الاهتمام للتطبيقات الواسعة النطاق حيث يتم تصنيع الأجهزة عادةً عبر الطباعة على الشاشة أو نفث الحبر [19] أو نفث الهباء الجوي [20] .

مراجع

  1. ^ م. إيفين؛ س. كويلارد؛ ب. كوراز؛ و. وانج؛ إيه جي ماكديارميد (2002). "رباعي الأنيلين المغطى بنهاية فينيل". أكتا كريستالوجر. إي . 58 (3): o343–o344. رمز Bibcode :2002AcCrE..58O.343E. doi :10.1107/S1600536802002532. S2CID  62598347.
  2. ^ أوكاموتو، يوشيكوكو؛ برينر، والتر (1964). "الفصل 7: أشباه الموصلات العضوية". البوليمرات . راينهولد. ص 125-158.
  3. ^ هيجر، آلان (2001). "محاضرة نوبل: أشباه الموصلات والبوليمرات المعدنية: الجيل الرابع من المواد البوليمرية". مراجعات الفيزياء الحديثة . 73 (3): 681-700. رمز Bibcode :2001RvMP...73..681H. CiteSeerX 10.1.1.208.7569 . doi :10.1103/RevModPhys.73.681. 
  4. ^ راسموسن، سيث سي. (6 أكتوبر 2017). "التاريخ المبكر للبولي أنيلين: الاكتشاف والأصول". Substantia . 1 (2). Firenze University Press : 99–109. doi :10.13128/substantia-30. مؤرشف من الأصل في 25 يونيو 2022.نسخة PDF
  5. ^ أ ب هورست بيرنيث (2002). "أصباغ الأزين". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-VCH. دوى :10.1002/14356007.a03_213.pub2. رقم ISBN 978-3527306732.
  6. ^ أ ب ماكديرميد ، آلان ج. (2001). ""المعادن الاصطناعية": دور جديد للبوليمرات العضوية (محاضرة نوبل)". Angewandte Chemie International Edition . 40 (14): 2581–2590. doi :10.1002/1521-3773(20010716)40:14<2581::AID-ANIE2581>3.0.CO;2-2.
  7. ^ Letheby, H. (1862). "XXIX.-On the production of a blue material by the electrolysis of sulphate of aniline". مجلة الجمعية الكيميائية . 15 : 161–163. doi :10.1039/JS8621500161.
  8. ^ أب العيد، WJ؛ تسيبوكليس، J .؛ باور، كوالالمبور. جرونيندال، L.؛ ماير، إي دبليو (1996). “التوليف والمعالجة والخواص المادية للبوليمرات المترافقة”. بوليمر . 37 (22): 5017.سيتيسيركس 10.1.1.619.5832 . دوى :10.1016/0032-3861(96)00439-9. 
  9. ^ هوانج، لي مينج؛ تشين، تشنغ هو؛ وين، تين تشين (2006). "تطوير وتوصيف الأجهزة الكهروميكية المرنة القائمة على البولي أنيلين وحمض البولي (3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين)-بولي (ستيرين سلفونيك)". Electrochimica Acta . 51 (26): 5858. doi :10.1016/j.electacta.2006.03.031.
  10. ^ Virji, Shabnam; Huang, Jiaxing; Kaner, Richard B.; Weiller, Bruce H. (2004). "مستشعرات الغازات النانوية المصنوعة من ألياف البولي أنيلين: فحص آليات الاستجابة". Nano Letters . 4 (3): 491. Bibcode :2004NanoL...4..491V. doi :10.1021/nl035122e.
  11. ^ حمو، شامل م. (2012). "تأثير خصائص المواد المحفزة الحمضية على التوصيل الكهربائي للبولي أنيلين". مجلة تكريت للعلوم البحتة . 17 (2).
  12. ^ تشيانج، جي سي؛ ماكديرميد، إيه جي (1986). ""بولي أنيلين": إضافة حمض البروتونيك إلى شكل الزمرد للنظام المعدني". المعادن الاصطناعية . 1 (13): 193. doi : 10.1016/0379-6779(86)90070-6.
  13. ^ MacDiarmid, AG; Manohar, SK; Masters, JG; Sun, Y.; Weiss, H.; Epstein, AJ (1991). "بولي أنيلين: تخليق وخصائص قاعدة بيرنيجرانيلين". المعادن الاصطناعية . 41 (1-2): 621-626. doi : 10.1016/0379-6779(91)91145-Z .
  14. ^ Ćirić-Marjanović, G. Polyaniline Nanostructures, in Nanostructured Conductive Polymers (ed A. Eftekhari), 2010, John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK. doi :10.1002/9780470661338.ch2 PDF
  15. ^ هوانغ، جياشينغ؛ فيرجي، شابنام؛ ويلر، بروس هـ؛ كانر، ريتشارد ب. (2003). "ألياف البولي أنيلين النانوية: التركيب السهل والمستشعرات الكيميائية" (PDF) . مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 125 (2): 314-5. CiteSeerX 10.1.1.468.6554 . doi :10.1021/ja028371y. PMID  12517126. مؤرشف من الأصل (PDF) في 22 يوليو 2010. 
  16. ^ كولا ، هارشا س. سوروادي، سوميده ب.؛ تشانغ، شينيو. ماكديرميد، آلان جي؛ مانوهار، سانجيف ك. (2005). "الوزن الجزيئي المطلق للبوليانيلين". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 127 (48): 16770-1. دوى :10.1021/ja055327k. بميد  16316207.
  17. ^ ab Wessling, Bernhard (2010). "نظرة جديدة إلى مورفولوجيا وبنية بولي أنيلين المعادن العضوية". Polymers . 2 (4): 786–798. doi : 10.3390/polym2040786 .
  18. ^ Yin, Xi; Chung, Hoon T.; Martinez, Ulises; Lin, Ling; Artyushkova, Kateryna; Zelenay, Piotr (3 مايو 2019). "محفزات ORR الخالية من PGM المصممة من خلال قوالب بوليمرات من نوع PANI تحتوي على مجموعات وظيفية ذات تقارب عالي للحديد". مجلة الجمعية الكهروكيميائية . 166 (7): F3240–F3245. رمز Bibcode : 2019JElS..166F3240Y. doi : 10.1149/2.0301907jes . OSTI  1512751.
  19. ^ Crowley, K.; Morrin, A.; Hernandez, A.; Omalley, E.; Whitten, P.; Wallace, G.; Smyth, M.; Killard, A. (2008-12-15). "تصنيع مستشعر غاز الأمونيا باستخدام جسيمات نانوية من البولي أنيلين مطبوعة بالحبر النفاث". Talanta . 77 (2): 710–717. doi :10.1016/j.talanta.2008.07.022. ISSN  0039-9140.
  20. ^ فيشر، كريستين؛ وارماك، بروس جيه؛ يو، يونجتشاو؛ سكولرود، ليديا إن؛ لي، كاي؛ جوشي، بوران سي؛ سايتو، تومونوري؛ أيتوج، تولجا (19 أبريل 2021). "أجهزة استشعار الأمونيا شديدة الحساسية والانتقائية القائمة على البولي أنيلين والمطبوعة بالكامل باستخدام نفث الهباء الجوي: طريق نحو الكشف عن الغاز منخفض التكلفة ومنخفض الطاقة". مجلة علوم المواد . 56 (22): 12596-12606. رمز Bibcode : 2021JMatS..5612596F. doi : 10.1007/s10853-021-06080-0. ISSN  1573-4803. OSTI  1798595. S2CID  233303736.
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=بولي أنيلين&oldid=1227449033"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate