А.А. Рогачев1, М.А. Ярмоленко2, Ксюхуи Джин3, Хонглианг Джанг4, Хонгтао Сао5, 

П.А. Лучников6, А.В. Рогачев7, А.М. Михалко8

1 Институт химии новых материалов НАН Беларуси (г. Минск, Беларусь)

2, 7, 8 Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины (г. Гомель, Беларусь)

 3 Пекинский технологический институт (г. Пекин, КНР)

 4, 5 Институт технологии материалов и инженерии Китайской академии наук (г. Нинбо, КНР)

 6 МИРЭА ‒ Российский технологический университет (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Допирование покрытий полианилина наночастицами металлов является высокоэффективным методом повышения их электропроводящих, фотовольтаических и каталитических свойств. При этом особый интерес представляет формирование наполненных металлом покрытий полианилина в процессе их синтеза вакуумным методом, при реализации которого рост полимерной цепи и процессы структурообразования протекают одновременно, и возникает возможность в широком диапазоне варьировать степень допирования, протонирования и упорядоченности формируемых тонкопленочных систем.

Цель работы – определение особенности формирования из летучих продуктов электронно-лучевого диспергирования молекулярной структуры слоев на основе полианилина, содержащих наночастицы благородных металлов, и установление влияния допантов на молекулярную организацию наносимых покрытий. 

Результаты. Определены особенности осаждения из летучих продуктов электронно-лучевого диспергирования нанокомпозиционных покрытий на основе полианилина и наночастиц металлов (серебра, золота). Методами КР- и ИК-Фурьеспектроскопии установлены особенности молекулярной структуры слоев и ее изменения при введении допантов. Показано, что покрытия имеют конформационное состояние макромолекул в виде плоских вытянутых цепей, а более окисленная структура слоев полианилина наблюдается при использовании хлорида серебра. Показапно, что особенности молекулярной структуры формируемой полимерной матрицы на основе полианилина обусловлены проявлением специфического нековалентного взаимодействия макромолекул с наночастицами металлов.

Практическая значимость. Анализ результатов исследования указывает на возможность осаждения из газовой фазы нанокомпозиционных проводящих покрытий на основе полианилина, представляющих собой систему протонированных проводящих цепочек полимера и металлических кластеров. Такие покрытия являются перспективными элементами сенсорных устройств различного назначения и могут быть использованы, в частности, при создании электрохромных устройств. 

Рогачев А.А., Ярмоленко М.А., Ксюхуи Джин, Хонглианг Джанг, Хонгтао Сао, Лучников П.А., Рогачев А.В., Михалко А.М. Осаждение из газовой фазы легированных металлами покрытий полианилина, их молекулярная структура // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2021. Т. 13. № 2. С. 54–62. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202102-03

1. Barman T., Hussain A.A., Sharma B., Pal A.R. Plasmonic Hot Hole Generation by Interband Transition in Gold-Polyaniline. Scientific Reports. 2015. V. 5. P. 18276.
2. Patil U.V., Ramgir N.S., Karmakar N., Bhogale A., Debnath A.K., Aswal D.K., Gupta S.K., Kothari D.C. Room temperature ammonia sensor based on copper nanoparticle intercalated polyaniline nanocomposite thin films. Applied Surface Science. 2015. V. 339. P. 69–74.
3. Zoromba M.S., El-Ghamaz N.A., El-Sonbati A.Z., El-Bindary A.A., Diab M.A., El-Shahat O. Conducting Polymers. VII. Effect of Doping with Iodine on the Dielectrical and Electrical Conduction Properties of Polyaniline. Synthesis and Reactivity in Inorganic, Metal-Organic, and Nano-Metal Chemistry. 2016. V. 46. P. 1179–1188.
4. Yao Q., Wang Q., Wan gL., Chen L. Abnormally enhanced thermoelectric transport properties of SWNT/PANI hybrid films by the strengthened PANI molecular ordering. Energy and Environmental Science. 2014. V. 7. P. 3801–3807.
5. Xiao Y., Han G., Chang Y., Zhou H., Li M., Li Y. An all-solid-state perovskite-sensitized solar cell based on the dual function polyaniline as the sensitizer and p-type hole transporting material. Journal of Power Sources. 2014. V. 267. P. 1–8.
6. Aymen M., Sami S., Ahmed S., Fethi G., Abdellatif B.M. Correlation between Raman spectroscopy and electrical conductivity of graphite/polyaniline composites reacted with hydrogen peroxide. Journal of Physics D: Applied Physics. 2013. V. 46. P. 335103.
7. Yadav J.B., Puri R.K., Puri V. Improvement in mechanical and optical properties of vapour chopped vacuum evaporated PANI/PMMA composite thin film. Applied Surface Science. 2007. V. 254. P. 1382–1388.
8. Palsaniya S., Nemade H.B., Dasmahapatra A.K.  Heterostructured Layer Growth of Polyaniline by Vacuum Thermal Evaporation and Fabrication of Thin-Film Capacitors. The Journal of Physical Chemistry C. 2019. V. 123. P. 27959–27968.
9. Ragachev А.A., Yarmolenko M.A., Jiang Xiaohong, Ruiqi Shen, Luchnikov P.A., Rogachev A.V. Molecular structure, optical, electrical and sensing properties of PANI-based coatings with silver nanoparticles deposited from the active gas phase. Applied Surface Science. 2015. V. 351. P. 811–818.
10. Wang S., Rogachev А.А., Yarmolenko M.А., Rogachev А.V., Jiang Xiaohong, Gaur M.S., Luchnikov P.A., Galtseva O.V., Chizhik S.A. Structure and properties of polyaniline nanocomposite coatings containing gold nanoparticles formed by low-energy electron beam deposition. Applied Surface Science. 2018. V. 428. P. 1070–1078.
11. Rogachev А.А., Yarmolenko М.А., Rogachev А.V., Jiang Xiaohong, Hongtao Cao, Lysenko E.N., Surzhikov A.P. Structure and electrical properties of polyaniline-based copperchloride or copper bromide coatings deposited via low-energy electron beam. Applied Surface Science. 2019. V. 483. P. 19–25.
12. Stejskal J., Prokes J., Trchová M. Reprotonated polyanilines: the stability of conductivity at elevatedtemperature. Polymer Degradation and Stability. 2014. V. 102. P.67–73. 
13. Rozlívková Z., Trchová M., Šeděnková I., Špírková M., Stejskal J. Structure and stability of thin polyaniline films deposited in situ on silicon and gold during precipitation and dispersion polymerization of aniline hydrochloride. Thin Solid Films. 2011. V. 519.  P. 5933–5941.
14. Dimitriev O.P. Doping of Polyaniline by Transition-Metal Salts. Macromolecules. 2004. V. 37. P. 3388 – 3395.
15. Sedenkova I., Trchova M., Stejskal J. Thermal degradation of polyaniline films prepared in solutions of strong and weak acids and in water – FTIR and Raman spectroscopic studies. Polymer Degradation and Stability. 2008. V. 93. P. 2147–2157.
16. Bláha M., Trchová M., Bober P., Morávková Z., Prokeš J., Stejskal J. Polyaniline: aniline oxidation with strong and weak oxidants under various acidity. Materials Chemistry and Physics. 2017. V. 194. P. 206–218.
17. Kinyanjui J.M., Hatchett D.W., Smith J.A., Josowicz M. Chemical Synthesis of a Polyaniline/Gold Composite Using Tetrachloroaurate. Chemistry of Materials. 2004. V. 16. P. 3390–3398.
18. Dimitriev O.P. Doping of Polyaniline by Transition-Metal Salts. Macromolecules. 2004. V. 37. P. 3388–3395.
19. Trchov M., Stejskal J. Polyaniline: the infrared spectroscopy of conducting polymer nanotubes (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2011. V. 83. P. 1803–1817.
20. Trchová M., Morávková Z., Bláha M., Stejskal J. Raman spectroscopy of polyaniline and oligoaniline thin films. Electrochimica Acta. 2014. V. 122. P. 28–38.
21. Mazeikiene R., Niaura G., Malinauskas A. Raman spectroscopic study of oxidation of aniline and N-methylaniline with dichromate. Journal of Molecular Structure. 2017. V. 1139. P. 333–337.
22. Ярмоленко М.А., Рогачев А.А., Лучников П.А., Рогачев А.В., Джанг С.Х. Микро- и нанокомпозиционные полимерные покрытия, осаждаемые из активной газовой фазы. М.: Радиотехника, 2016. 424 с.