導電聚合物的發現
1967年秋天的一個下午，日本科學家白川英樹的一名學生在合成聚乙炔時，誤將mmol當成mol，導致使用通常用量1000倍的催化劑，使得本該得到黑色粉末聚乙炔，卻變成了一種從未見過的具有銀色金屬光澤的聚合物。
白川猜測這種聚合物是否具有像金屬一樣的導電性呢？由此展開了對這種異常現象的研究。
然而對於新現象機理的研究並不是一件簡單的事，這讓白川君十分的鬱悶，直到1977年，白川和美國化學家艾倫·麥克德爾米德及物理學家艾倫·黑格發現聚乙炔薄膜經過碘摻雜後竟然真的呈現金屬導電特性（電導率達到103-104S/cm）,“聚合物=絕緣體”的觀念從此被打破。2000年的諾貝爾化學獎授予三位導電聚合物的開拓者。
▲從左到右：黑格、麥克迪阿米德, 英樹
導電聚合物的魔力
試想，假若你能夠讓塑料、橡膠、纖維具有像金屬一樣的導電性，那麼我們穿的衣服豈不是可以做成智能觸控板、電腦鍵盤等等，有沒有一種置身於美國大片的既視感，這似乎想想就讓人激動。
▲不知道這樣的智能導電聚合物有沒有勾起你一起探索一下的興趣呢？
奇幻的導電聚苯胺
聚苯胺能導電最主要的原因之一是具有π-π共軛鍵，能夠產生共軛效應。對於高分子聚合物，其內部亞原子有自己的運行軌道，其中有一種由碳原子連接、p軌道（σ鍵軌道）側面相互平行交蓋的成鍵軌道稱作π軌道，π軌道中兩個自旋相反的電子稱為π電子，這樣構成的共價鍵稱為π鍵。共軛π鍵中π電子不是兩兩分別固定在兩個雙鍵原子之間，而是擴展到四個碳原子之間產生電子的離域現象，共軛效應就是分子內原子間相互影響的電子效應 。
在眾多的導電聚合物品種中，由於具有獨特的摻雜現象、良好的電化學可逆性、化學穩定性、原料易得、合成方法簡便等優點，它是一種重要的導電聚合物。
但是由於聚苯胺在加工中容易丟失導電性，限制了其廣泛應用。因此如何改善和提高聚苯胺的熱穩定性和加工性，同時還能提高電導率，是促進其實用化的關鍵。
導電聚苯胺的創意構想
聚苯胺的摻雜與其他的導電聚合物不同，通常導電聚合物的摻雜總是伴隨著主鏈上電子的得失，即摻雜是一種氧化還原反應。而用質子酸摻雜聚苯胺只是引入正電荷，並未改變主鏈上的電子數。
α-磷酸鋯作為多功能材料，是一種結構規整的無機陽離子層狀化合物，具有類似離子交換樹脂的離子交換性能，其離子交換容量是粘土的6倍，具有像沸石一樣的擇形吸附和催化性能，具有較高的熱穩定性和耐酸鹼性能，且羥基中的質子氫可以在層內孔徑自由擴散，具有一定強度的質子酸，能夠實現質子化摻雜。它與聚苯胺的複合是製備層狀無機物/導電聚合物的優良基體，將對提高穩定性和電化學性能發揮較大的作用。使其在導電材料應用領域有更好的利用價值。
超導聚苯胺的優化（PANi）
利用磷酸鋯層板的剝離以實現大分子的組裝。採用化學氧化法成功實現了苯胺（Ani）單體在剝離α-磷酸鋯（α-ZrP）層間的原位聚合，得到了性能良好的複合材料。試驗結果表明，剝離劑插入α-磷酸鋯（α-ZrP）層間後，所處的環境和相互作用力發生變化，從而影響了聚苯胺(PANi)分子鏈的電子轉移．剝離的層間距越大，越有利於加速電子遷移，進而使電導率增加.
剝離α-磷酸鋯(α-ZrP)
將一定量的α-ZrP粉末按液固比為100ml/g 分散於蒸餾水中，超聲分散均勻，控制n(胺)：n(α-ZrP)的摩爾比為2.5:1。乙胺、丁胺剝離劑在室溫下攪拌處理三天，TBA+OH-在0℃的條件下攪拌三天。
α-磷酸鋯(α-ZrP)/聚苯胺（PANi）複合材料的製備
取4.9ml Ani(0.054M)逐滴滴入到處理的α-ZrP中，加入一定量的1 M HCI，溶液在0-5℃的冰水浴中持續．攪拌30min．然後在氮氣保護下向溶液中緩慢滴入12.26g(0.054M)/45ml水的APS，反應24h．將產物過濾，用丙酮洗滌，之後用蒸餾水反覆洗滌，得墨綠色物質，60℃真空乾燥24h。
α-磷酸鋯(α-ZrP)/聚苯胺（PANi）複合材料的電導率
純的PANi其電導率的數量級在10-4 S/cm．摻雜α-ZrP後製備出的PANi電導率明顯高於未摻雜的PANi，原因是α-ZrP與PANi有強的相互作用，加速了自由電子的傳輸，電導率增強。
從圖中還可看出，在剝離α-ZrP摻雜PANi的電導率，隨TBA+OH-、丁胺、乙胺分子鏈的減小其電導率依次減小，這是因為不同的胺在剝離α-ZrP時會得到不同大小的層間距，α-ZrP的層間距越大，Ani分子越易插層α-ZrP，使得PANi分子鏈與鏈之間相互作用力越弱，越有利於電荷的離域化，導電聚苯胺分子鏈的電荷離域化程度越大，電子躍遷所需能量降低，其電導率越高．經每隔一天在同樣條件下對複合材料的電導率測定五次，結果證明，複合材料的電導率值不變，說明該類材料在室溫下的電性能是很穩定的。
PS:對α-ZrP的剝離，常用試劑是TBA+OH-，α-ZrP是一種具有層狀結構的固體酸，TBA+OH-，是一種有機鹼，兩者發生酸鹼中和反應。正是由於α-ZrP具有較好的膨脹性來容納客體TBA+離子，當更多的TBA+離子進入層間形成雙層排列時，TBA+離子與TBA+離子之間的電荷斥力以及弱的範德華力降低了α-ZrP層板間的靜電力，首先形成較薄的TBA+插層的α-ZrP層板結構。而這種較薄的插層層板在超聲或攪拌作用下，很容易破碎成較小尺寸的層板結構，進而形成了穩定的層狀α-ZrP鹽溶膠。α-ZrP陰離子層板被高電荷密度的TBA+陽離子電荷補償，α-ZrP表面的TBA+能被聚合物陽離子置換使聚合物陽離子吸附在α--ZrP表面，過量吸附的聚合物陽離子也能再吸附α-ZrP陰離子層板。
魅力導電聚苯胺的應用
它能夠吸收微波,可做隱身飛機的塗料，它能用在火箭、船舶、石油管道以及汙水管道中的防腐蝕塗料，它可製備電磁干擾（EMI）屏蔽塗料和抗靜電塗料；
它對電信號的變化非常敏感, 可以做傳感器；
因其具有摻雜和脫摻雜特性, 可做可充放電的電池、電極材料等……
但是，每一個產品的應用必將伴隨著社會發展與個性化需求出現一系列的問題，如何讓材料越來越功能化和實用化，創新突破是從事每一項科研永遠充滿未知的樂趣。
