[論文レビュー] Synthesis and characterization of chloride doped polyaniline by bulk oxidative chemical polymerization.Doping effect on electrical conductivity

Yomen Atassi, Mohammad Tally+1 more|ArXiv.org|Sep 21, 2008

Conducting polymers and applications被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、毒性の高い液体アニリンの代わりに固体アミン塩を用いることで、より安全な大量酸化化学的重合法を、塩化物ドープポリアニリンの合成に開発した。得られたポリマーは1.7 S/cmの電気伝導度を示し、インピーダンススペクトロスコピーにより周波数依存のモジュラス挙動が明らかになった。ドーピングレベルおよび合成温度が伝導度に顕著な影響を与えることが示された。

ABSTRACT

Conductive polymers or "organic metals" are highly engineered nanostructured materials made from organic building blocks. They are candidates as molecular wires for nanotechnology applications in molecular electronics. The conduction in these polymers is due to the presence of delocalized molecular orbitals. In this work, we present the synthesis of chloride doped polyaniline by bulk oxidative chemical polymerization using a solid aniline salt as a monomer instead of liquid aniline to diminish toxic hazards. The FTIR and UV-visible spectra confirmed the expected structure of the polymer. The electrical conductivity measured using a four-probe method was 1.7 S/cm. The dependence of impedance modulus on frequency was measured using an HP impedance analyzer in the range 10 kHz-13 MHz. The influence of doping and the preparation temperature on the electrical conductivity were also investigated.

研究の動機と目的

• 液体アニリンの代わりに固体アミン塩を用いることで、毒性の低い代替合成経路を確立し、有害なリスクを低減すること。
• FTIRおよびUV-Visスペクトロスコピーを用いて、得られたドープポリアニリンの構造的および電子的性質を同定すること。
• 四端子プローブ法を用いて、ドープポリマーの電気伝導度を測定および分析すること。
• ドーピングレベルおよび合成温度が電気伝導度に与える影響を調査すること。
• インピーダンスモジュラス解析を用いて、ポリマーの周波数依存インピーダンス挙動を調査すること。

提案手法

• 揮発性および毒性の高い副生成物を最小限に抑えるために、モノマーとして固体アミン塩を用いた大量酸化化学的重合を実施した。
• 制御された条件下で酸化重合を実施し、導電性状態であるエマラルドン塩形ポリアニリンを形成した。
• 合成されたポリマー膜の電気伝導度を測定するために、四端子プローブ法を用いた。
• 10 kHzから13 MHzの周波数範囲でインピーダンススペクトロスコピーを実施し、モジュラス挙動を分析した。
• FTIRおよびUV-Visスペクトロスコピーを用いて、ポリマーの化学的構造およびドーピング状態を確認した。
• ドーピング濃度および合成温度が伝導度に与える影響を体系的に評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 液体アニリンを固体アミン塩に置き換えることで、ポリアニリン合成の安全性および実現可能性にどのような影響を与えるか？
• RQ2 本手法を用いて大量酸化重合で合成された塩化物ドープポリアニリンの電気伝導度はどの程度か？
• RQ3 ドープポリアニリンのインピーダンスモジュラスは周波数に応じてどのように変化するか？
• RQ4 ドーピングレベルがポリマーの電気伝導度に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ5 合成温度がドープポリアニリンの最終的な電気伝導度に与える影響はどのようなか？

主な発見

• 固体アミン塩を用いた合成により、毒性の低い環境で塩化物ドープポリアニリンが効果的に得られた。
• FTIRおよびUV-Visスペクトロスコピーにより、エマラルドン塩形ポリアニリンの形成が確認され、成功したドーピングが示された。
• 四端子プローブ法を用いて、合成されたポリマーの電気伝導度が1.7 S/cmで測定された。
• インピーダンスモジュラス解析により、10 kHzから13 MHzの周波数範囲で周波数依存の挙動が観察され、複雑な伝導メカニズムが示された。
• ドーピングレベルおよび合成温度が、最終的なポリマー製品の電気伝導度に顕著な影響を与えることが判明した。
• 本結果は、ナノエレクトロニクス応用に適した測定可能な電気的性能を有する、実用的でより安全な導電性ポリアニリンの合成ルートを示している。