Explorou-se a caracterização de monocamadas e filmes LB de polianilina (PANi), e um oligômero de polianilina, chamado aqui de 16-mero, com estearato de cádmio (CdSt). A análise dos filmes de Langmuir indicou que possivelmente não há mistura em nível molecular da PANi e do 16-mero com CdSt, ainda que a quantidade adicionada em solução de polímero ou oligômero influencie a estabilidade das monocamadas. Utilizou-se UV-vis, FTIR, difração de raios-X, condutividade elétrica, elipsometria, microscopia óptica e potencial de superficie para caracterização dos filmes LB. Os resultados de UV-vis indicaram uma transferência uniforme e ainda que os filmes recém depositados encontram-se desdopados. A análise de FTIR confirma a presença de CdSt nos filmes LB, e o efeito de desdopagem em subfases neutras, corroborando os resultados de UV-vis. A difração de raios-X indica a presença de domínios separados de PANi (e 16-mero) com CdSt nos filmes LB. Resultados elipsométricos indicaram uma espessura por camada em tomo de 25 &#197. A excelente uniformidade obtida nos filmes LB mistos foi comprovada pelos resultados de microscopia óptica e potencial de superficie. Esses filmes mistos apresentaram valores de condutividade elétrica em tomo de 10-4 a 10-5 S.cm-1 (van der Pauw), tanto para a PANi quanto para o 16-mero. Investigou-se também o efeito da exposição dos filmes mistos PANi/CdSt aos raios-X. Nota-se um deslocamento para a região do vermelho, na região do visível, nos espectros de UVvis, similar à observada pela dopagem através de ácidos inorgânicos. Verificou-se que os efeitos de umidade da atmosfera de medida são predominantes nesse processo de dopagem. É feita uma análise dos resultados de condutividade elétrica, comparando-os com os encontrados na literatura. / A study has been made of composite Langmuir and Langmuir-Blodgett (LB) films of polyaniline (PANi), and a polyaniline oligomer (l6-mer polyaniline), with cadmium stearate (CdSt). The monolayers studies pointed to a phase separated system containing the polymer (or the 16-mer) and CdSt, with no mixing at the molecular leveI, although the relative contents of PANi and 16-mer in the solution have a strong influence on the monolayer stability. UV-vis, FTIR, X-ray difIraction (XRD), electrical conductivity, ellipsometry, optical microscopy and surface potential measurements were used in the LB film characterization. UV-vis results have shown a uniform transfer, with the as deposited films in the undoped state. FTIR results confirmed the presence of CdSt and undoped polyaniline (and 16-mer) in the transferred LB films, corroborating the UV-vis results. XRD has shown separated domains of CdSt and PANi (l6-mer also) in the LB films. Ellipsometry data indicated a thickness of 25 &#197 per deposited layer. The high uniformity in these mixed LB films was confirmed by optical microscopy and surface potential measurements. The electrical conductivity was approximately 10-4 to 10-5 S.cm-1 for both PANi and 16-mer. Mixed PANi/CdSt films were also exposed to X-ray irradiation. After a given dose rate there is a red shift in the UV-vis spectra from the 600 nm region to the 800 nm region, similar to the usual acid doping process observed in polyaniline. Humidity effects have a strong influence on the doping process. A comparison is made of the conductivity measurements made here with those reported in the literature.

É grande o interesse em combinar as propriedades mecânicas e elétricas de diferentes materiais poliméricos. Neste trabalho, filmes de Borracha Natural com camadas superficiais condutoras de polianilina (PANI) são preparados e caracterizados por diferentes técnicas. A PANI dopada foi depositada em ambos os lados do filme de borracha por polimerização química \"in situ\" da anilina a temperatura ambiente. O processo da polimerização da PANI \"in situ\" foi otimizado variando a concentração dos reagentes químicos com o objetivo de se obter uma camada de PANI com espessura desejada, boa adesão na borracha e que produzisse também aumento da condutividade elétrica na superfície. As amostras obtidas são caracterizadas usando-se Microscopia Eletrônica de Varredura, Microscopia Óptica, Difratometria de raios-X, análise por Calorimetria Diferencial de Varredura, análise Termo-Dinâmico-Mecânica, análise Termogravimétrica, Espectroscopia no FT-IR, Ensaio Mecânico e condutividade elétrica na superfície e no volume dos filmes preparados. Os resultados mostram que os filmes produzidos são do tipo multicamadas, pois não há uma interpenetração da PANI na borracha. A melhor condutividade e uniformidade é obtida com filmes preparados com três deposições, atingindo a ordem de 10-7 S/cm / The combination of properties of different polymeric materials in one sample is of great interest. In this work natural rubber films covered with a layer of conductive polyaniline (PANI) were prepared and studied by means of several experimental techniques. The doped PANI layer was deposited onto both rubber films surfaces by the \"in situ\" polymerization technique. The polymerization of PANI was performed at room temperature and the deposition process was optimized in order to obtain a PANI layer with an adequate thickness, good adhesion to the rubber and to promote the increase of its surface electric conductivity. Samples were characterized employing the scanning electron microscopy, optical microscopy, X-ray diffractometry, differential scanning calorimetry, thermo gravimetric analysis, dynamic mechanical thermal analysis, mechanical analysis and surface/volume electric conductivity. Results showed that the formed films consisted of a PANI layer that did not penetrated in the rubber. The better uniformity of deposition and maximum electric conductivity of the order of 10-7 S/cm was obtained on films that were prepared by deposition of three PANl layers

Orientador: José Antônio Malmonge / Resumo: O uso de nanocargas de carbono tais como nanotubos de carbono e nanolâminas de grafite (NLG), e/ou polímeros condutores em uma matriz polimérica, tem atraído à atenção de inúmeros pesquisadores que buscam sintetizar elastômeros eletricamente condutivos com amplo potencial aplicacional como dissipadores eletrostáticos, blindagem eletromagnética, sensores piezorresistivos, etc. Nesse trabalho, foram obtidos: (1) nanocompósitos de polianilina (PAni)/NLG com razão mássica anilina (An)/NLG entre 0 e 250%, utilizando ácido clorídrico como dopante (nanocompósitos PHN), e com razão mássica anilina An/NLG entre 0 e 950%, utilizando ácido dodecilbenzeno sulfônico (DBSA) como dopante (nanocompósitos PDN); (2) Blendas de borracha natural (BN)/PAni com diferentes razões BN/An, utilizando BN in natura (blendas BNP) e borracha pré-vulcanizada (BV), blendas BVP; e (3) Nanocompósitos de BN/PAni-NLG (BNP/NLG) e BV/PAni-NLG (BVP/NLG) com diferentes razões BN/An e 15% de NLG em relação a An (relação m/m). Em todas as sínteses a polimerização da anilina foi realizada in situ. Nos nanocompósitos de PAni/NLG a polimerização da PAni ocorreu sobre a superfície lisa das NLG sendo sua morfologia e grau de intercalação nas NLG influenciados pelo tipo de dopante utilizado. A condutividade elétrica máxima obtida para os nanocompósitos foi de 627 S.cm-1 e 582 S.cm-1 para nanocompósitos PHN contendo 200% de NLG e para nanocompósitos PDN contendo 600% de NLG, respectivamente. O aumento na estabilidade térmic... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The use of carbon nanofiller such as carbon nanotube and graphite nanosheet (GNS), and/or conductive polymers as filler to a polymer matrix, has attracted the attention of numerous researchers who seek to synthesize electrically conductive elastomers with broad application potential such as electrostatic dissipator, piezoresistive sensor and electromagnetic interference shielding . In this work were synthesized: (1) nanocomposites of polyaniline (PAni)/NLG with aniline (An)/NLG mass ratio between 0 and 250%, using hydrochloric acid as a dopant (PHN nanocomposites) and aniline An/NLG between 0 and 950%, using dodecylbenzene sulfonic acid (DBSA) as a dopant (PDN nanocomposites); (2) Natural rubber blends (BN)/PAni with different BN/An mass ratio, using BN in nature (BNP blends) and pre-vulcanized rubber BV, BVP blends; and (3) BN/PAni-NLG (BNP/NLG) and BV/PAni-NLG (BVP/NLG) nanocomposites with different BN/An mass ratios and 15% NLG with respect to An (m/m ratio). In all syntheses the polymerization of aniline was performed in situ. In the nanocomposites PAni/GNS the polymerization of PAni occurred on the GNS surface and their morphology and degree of intercalation in NLGs were influenced by the type of dopant. The higher electrical conductivity obtained for PHN and PDN composites were 627 S.cm-1 and 582 S.cm-1, respectively. The increase in the thermal stability of PAni in PAni/NLG nanocomposites was attributed to the intercalation of PAni among GNS and barrier properties pres... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

This work deals with the issues of using conducting polymers for supercapacitor electrodes and optimizing the technological process for their production. The work focuses on optimizing the amount of polymer used in order to achieve the most capacity. The methodology consists of creating an appropriate experimental electrode and subsequent measuring its associated capacity with BioLogic. This approach leads to creating charts which show the dependencies of capacity on the amount of polymer used.

This dissertation describes a new electrochemical synthesis of novel composite materials based on montmorillonite (MMT) clay and intrinsically conducting polyaniline (PANI). PANI was successfully incorporated into MMT galleries to form PANI−MMT nanocomposites. Electropolymerization of anilinium ions which are intercalated inside the clay layers have been carried out at a constant applied potential. The synthetic conditions have been optimized taking into account the effect of concentration of aniline, magnetic stirring and potential cycling. The resulting organic-inorganic hybrid material, PANI-MMT has been characterized by various physicochemical techniques. Results of elemental analysis show that nanocomposite contains only 10 % of conducting PANI. Formation of PANI inside the clay tactoid has been confirmed by the expansion of inter layer distance of MMT as revealed by X-ray diffraction studies. Relatively lower interlayer expansion for PANI-MMT than that of anilinium-MMT indicates the higher stereoregularity in PANI-MMT which has strong influence on electrical properties of nanocomposites. Infrared spectroscopy studies reveal the presence of physicochemical interaction, probably hydrogen bonding, between clay and polyaniline. Cyclic voltammetry studies indicate that presence of electroinactive clay does not influence the electrochemical activity of PANI. Electrochromic behaviour of PANI-MMT nanocomposites have been studied using in situ UV-Vis spectroscopy which reveals that electrochromism of PANI in the composite material has been retained. One of the main technological applications of conducting polymers, particularly PANI, is in the area of corrosion protection of active metals. PANI-MMT nanocomposites synthesized using the present method and a chemically synthesized PANI which is soluble in organic solvents have been used to protect C45 steel surface against corrosion. Corrosion studies have been performed using electrochemical impedance measurements(EIM)and anodic polarization studies. Electrochemical impedance data has been analyzed using a suitable equivalent circuit. Corrosion protection of steel offered by both PANI-MMT and organically soluble PANI is evident form the increase in the value of charge transfer resistance of the coated steel surfaces. Time dependent EIM measurements reveal that charge transfer resistance gradually decreases with time, however, the values are much higher than that of uncoated surfaces. Two capacitive loops, one at higher and another at lower frequencies, observed in the Nyquist plots have been assigned to the electrical properties of coating material (in the present case, PANI-MMT or soluble PANI) and electrochemical process at the interface, respectively. An anodic shift in the corrosion potential, a decrease in the corrosion rate and a significant increase in the polarization resistance indicate a significant anti-corrosion performance of both PANI-MMT nanocomposite and organically soluble PANI deposited on the protected steel surface. / Diese Dissertation beschreibt eine neue elektrochemische Synthese neuartiger Compositmaterialien basierend auf dem Tonmineral Montmorillonite (MMT) und intrinsisch leitfähigem Polyanilin (PANI). Die Elektropolymerisation von Aniliniumionen, welche in die Tonmineralschichten eingebaut sind, wurde bei einem konstanten Potenzial durchgeführt. Das resultierende organisch-anorganische Hybridmaterial PANI-MMT wurde mit verschiedenen physikochemischen Methoden charakterisiert. Die Ergebnisse der Elementaranalyse zeigen, dass nur 10 % des Nanocompositmaterials aus leitfähigem PANI bestehen. Die Vergrößerung des Zwischenschichtabstandes von MMT, die bei Röntgendiffraktometrieuntersuchungen beobachtet wurde, lässt auf die Bildung von PANI innerhalb der Tonmineral-Taktoide schließen. IR-spektroskopische Untersuchungen deuten auf das Vorhandensein von Wechselwirkungen physikochemischer Art, wahrscheinlich Wasserstoffbindungen zwischen dem Tonmineral und Polyanilin, hin. Untersuchungen mit zyklischer Voltammetrie zeigten, dass die Anwesenheit von elektroinaktivem Tonmineral die elektrochemische Aktivität von PANI nicht beeinflusst. Das elektrochrome Verhalten von PANI-MMT Nanocompositen wurde mit UV-Vis-Spektroskopie untersucht, wobei sich herausstellte, dass das elektrochrome Verhalten vom PANI im Compositmaterial erhalten bleibt. Eines der technologischen Hauptanwendungsgebiete von leitfähigen Polymeren, insbesondere von PANI, ist der Korrosionsschutz von aktiven Metallen. PANI-MMT Nanocomposite die mit der angegebenen Methode (elektrochemisch) synthetisiert wurden und chemisch synthetisiertes in organischen Medien lösliches PANI wurden zum Korrosionsschutz von C45 Stahl eingesetzt. Die Korrosionsuntersuchungen wurden mit Hilfe von elektrochemischen Impedanzmessungen (EIM) und anodischen Polarisationsuntersuchungen durchgeführt. Der von PANI-MMT und von in organischen Medien löslichem PANI gebotene Korrosionsschutz ist wahrscheinlich auf die Zunahme des Ladungsdurchtritts widerstandes der beschichteten Stahloberfläche zurückzuführen. Die anodische Verschiebung des Korrosionspotenzials, eine Verringerung der Korrosions-geschwindigkeit und eine deutliche Zunahme des Polarisationswiderstandes sind eindeutige Hinweise für das Antikorrosionsvermögen von PANI-MMT und auch von in organischen Medien löslichem PANI, welche auf der zu schützenden Stahloberfläche abgeschieden wurden.

Es wurden Versuche zur Verbesserung der pH–Wert-Abhängigkeit der elektrochemischen Aktivität von Polyanilin (PANI) durch elektrochemische Copolymerisation von Anilin (ANI) mit o-Aminophenol (OAP), einem Anilinderivat mit zwei oxidierbaren Gruppen (Amino- und Hydroxylgruppe), durchgeführt. Diese Eigenschaft ist für die Anwendung in Sensoren, Biosensoren, Biokraftstoffzellen und Akkus erstrebenswert. Die Copolymerisation wurde mit verschiedenen Konzentrationen von OAP und einer konstanten Konzentration von AN in wässriger Schwefelsäurelösung durchgeführt. Die Überwachung der Copolymerisation erfolgte mit Hilfe zyklischer Voltammetrie (CV) und in situ UV-Vis Spektroskopie wurde die verfolgt. Homo- und Copolymere wurden mittels CV, in situ Leitfähigkeitsmessungen, FTIR-Spektroskopie, in situ UV-Vis und Raman-spektroelektrochemischen Untersuchungen charakterisiert. Die Copolymerisationsrate und die Eigenschaften der Copolymere hängen in hohem Maße von der Monomerkonzentration ab. Bei hohen OAP–Molarbrüchen wurde eine starke Hemmung der Elektropolymerisation beobachtet. Die unter optimalen Bedingungen hergestellten CVs der Copolymere zeigen eine Verschiebung des ersten Redoxpaares um 0,10 V in positive Richtung. Der Reduktionspeak des ersten PANI-Redoxpaares ist durch ein Stromplateau zwischen 0,06 und 0,28 V ersetzt. Die Copolymere weisen eine gute Haftung auf der Elektrodenoberfläche auf und zeigen Redoxprozesse bis pH = 10,0 (Copolymere A und B). Wie bei PANI wurden bei den in situ Leitfähigkeitsmessungen der Copolymere zwei Umwandlungen beobachtet. Im Vergleich dazu waren die Leitfähig keiten jedoch um 2,5 bis 3,0 Größenordnungen geringer. Nach der Initiationsreaktion zeigte die Elektrosynthese von PANI auf POAP–modifizierten Elektroden eine Copolymerbildu ng und schließlich die Bildung eines PANI–Films an der Grenzfläche Copolymer/Lösung. Der “Memoryeffekt“ der Doppelschichtstrukturen beider Polymere wird in Bezug auf die während der Redoxprozesse stattfindenden Protonierung/Deprotonierung und Anionenver brauch diskutiert. In situ UV-Vis spektroelektrochemische Studien der Copolymerisation von OAP mit ANI bei konstanten Potentialen auf Indiumzinnoxid (ITO) beschichteten Glaselektroden zeigten die Bildung eines Zwischenproduktes bei der Initialisierung der Copolymerisation durch eine Reaktion der OAP–Kationenradikale mit denen des ANI. Es bilden sich Kopf-Schwanz-Dimere oder Oligomere. Im UV-Vis Spektrum wurde dem Zwischenprodukt ein Adsorptionspeak bei 520 nm zugeschri- eben. Weiterhin wurden charakteristische UV-Vis und Raman-Banden der Copolymere auf ITO–Glas - und Goldelektroden identifiziert und deren Einfluss auf das Elektrodenpotenzial erörtert. Die spektroelektrochemischen Ergebnisse zeigen die Bildung von auf PANI basierenden Copolymeren bei geringen OAP–Konzentrationen. Der vermehrte Einbau von OAP–Einheiten in das Copolymer bei höheren OAP–Konzentrationen führte jedoch zu signifikanten spektroelektrochemischen Unterschieden im Vergleich zu den beiden Homopolymeren, was auch die FTIR-Spektren unterstreichen. Die CVs der POAP–Filme, die potentiostatisch bei relativ niedrigen Elektrodenpotentialen (ESCE = 0,70…0,80 V) synthetisiert wurden, zeigen zwei Redoxprozesse, im Gegensatz zu den in der Literatur veröffentlichten Werten über potenziodynamisch hergestelltes POAP (ESCE = 0,29 V). Das Polymer wurde mittels in situ UV-Vis und in situ Raman Spektroelektrochemie untersucht. Unter Verwendung eines Kr+-Lasers (647.1 nm) wird das um 1645 cm-1 beobachtete Raman-Band diskutiert. Die Intensität dieses Bandes wächst in positive Potentialrichtung bis zu einem Maximum von ESCE = 0,30 V. Danach fällt es wieder ab, was auf das Vorhandensein von Zwischenprodukten schließen lässt.

Es wurden Versuche zur Verbesserung der pH–Wert-Abhängigkeit der elektrochemischen Aktivität von Polyanilin (PANI) durch elektrochemische Copolymerisation von Anilin (ANI) mit o-Aminophenol (OAP), einem Anilinderivat mit zwei oxidierbaren Gruppen (Amino- und Hydroxylgruppe), durchgeführt. Diese Eigenschaft ist für die Anwendung in Sensoren, Biosensoren, Biokraftstoffzellen und Akkus erstrebenswert. Die Copolymerisation wurde mit verschiedenen Konzentrationen von OAP und einer konstanten Konzentration von AN in wässriger Schwefelsäurelösung durchgeführt. Die Überwachung der Copolymerisation erfolgte mit Hilfe zyklischer Voltammetrie (CV) und in situ UV-Vis Spektroskopie wurde die verfolgt. Homo- und Copolymere wurden mittels CV, in situ Leitfähigkeitsmessungen, FTIR-Spektroskopie, in situ UV-Vis und Raman-spektroelektrochemischen Untersuchungen charakterisiert. Die Copolymerisationsrate und die Eigenschaften der Copolymere hängen in hohem Maße von der Monomerkonzentration ab. Bei hohen OAP–Molarbrüchen wurde eine starke Hemmung der Elektropolymerisation beobachtet. Die unter optimalen Bedingungen hergestellten CVs der Copolymere zeigen eine Verschiebung des ersten Redoxpaares um 0,10 V in positive Richtung. Der Reduktionspeak des ersten PANI-Redoxpaares ist durch ein Stromplateau zwischen 0,06 und 0,28 V ersetzt. Die Copolymere weisen eine gute Haftung auf der Elektrodenoberfläche auf und zeigen Redoxprozesse bis pH = 10,0 (Copolymere A und B). Wie bei PANI wurden bei den in situ Leitfähigkeitsmessungen der Copolymere zwei Umwandlungen beobachtet. Im Vergleich dazu waren die Leitfähig keiten jedoch um 2,5 bis 3,0 Größenordnungen geringer. Nach der Initiationsreaktion zeigte die Elektrosynthese von PANI auf POAP–modifizierten Elektroden eine Copolymerbildu ng und schließlich die Bildung eines PANI–Films an der Grenzfläche Copolymer/Lösung. Der “Memoryeffekt“ der Doppelschichtstrukturen beider Polymere wird in Bezug auf die während der Redoxprozesse stattfindenden Protonierung/Deprotonierung und Anionenver brauch diskutiert. In situ UV-Vis spektroelektrochemische Studien der Copolymerisation von OAP mit ANI bei konstanten Potentialen auf Indiumzinnoxid (ITO) beschichteten Glaselektroden zeigten die Bildung eines Zwischenproduktes bei der Initialisierung der Copolymerisation durch eine Reaktion der OAP–Kationenradikale mit denen des ANI. Es bilden sich Kopf-Schwanz-Dimere oder Oligomere. Im UV-Vis Spektrum wurde dem Zwischenprodukt ein Adsorptionspeak bei 520 nm zugeschri- eben. Weiterhin wurden charakteristische UV-Vis und Raman-Banden der Copolymere auf ITO–Glas - und Goldelektroden identifiziert und deren Einfluss auf das Elektrodenpotenzial erörtert. Die spektroelektrochemischen Ergebnisse zeigen die Bildung von auf PANI basierenden Copolymeren bei geringen OAP–Konzentrationen. Der vermehrte Einbau von OAP–Einheiten in das Copolymer bei höheren OAP–Konzentrationen führte jedoch zu signifikanten spektroelektrochemischen Unterschieden im Vergleich zu den beiden Homopolymeren, was auch die FTIR-Spektren unterstreichen. Die CVs der POAP–Filme, die potentiostatisch bei relativ niedrigen Elektrodenpotentialen (ESCE = 0,70…0,80 V) synthetisiert wurden, zeigen zwei Redoxprozesse, im Gegensatz zu den in der Literatur veröffentlichten Werten über potenziodynamisch hergestelltes POAP (ESCE = 0,29 V). Das Polymer wurde mittels in situ UV-Vis und in situ Raman Spektroelektrochemie untersucht. Unter Verwendung eines Kr+-Lasers (647.1 nm) wird das um 1645 cm-1 beobachtete Raman-Band diskutiert. Die Intensität dieses Bandes wächst in positive Potentialrichtung bis zu einem Maximum von ESCE = 0,30 V. Danach fällt es wieder ab, was auf das Vorhandensein von Zwischenprodukten schließen lässt.

Our aim in the present work is to provide and evaluate AC and DC characteristics of the polyaniline based materials. Different experiemtal techniques and devices have been used to achieve this goal. An introduction to the theoretical concepts of conductivity is given as well. The core of this thesis is an investigation of temperature and low pressure dependences, as well as the ageing effects for two systems (composites) in respect of the different preparation conditions such as dopants and their molar concentration, origin and the content of inorganic component and the way of polymerisation. An agreement with theoretical models is discussed.

In this Thesis, the structure of thin films formed by a conducting polymer, polyaniline, was studied using mainly infrared and Raman spectroscopies. That led to the study of aniline oligomers. The oligomers play a key role in the formation of thin films and nanostructures of polyaniline. Furthermore, the Thesis deals with the carbonization of various forms of polyaniline (granular polyaniline base, thin films of polyaniline salt, multi-wall carbon nanotubes coated with polyaniline salt or base, polyaniline nanotubes/nanorods prepared in the presence of ethanol). The two topics, aniline oligomers and carbonization of polyaniline, are connected by a paper concerning the carbonization of microspheres formed during oxidation of aniline in alkaline medium. Optical microscopy, transmission and scanning electron microscopy, UV-Vis spectroscopy, spectroscopic ellipsometry, wide angle X-ray scattering and thermogravimetric analysis were used.

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