JPS63243131A - 導電材料の製造方法 - Google Patents

導電材料の製造方法

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JPS63243131A
JPS63243131A JP7811187A JP7811187A JPS63243131A JP S63243131 A JPS63243131 A JP S63243131A JP 7811187 A JP7811187 A JP 7811187A JP 7811187 A JP7811187 A JP 7811187A JP S63243131 A JPS63243131 A JP S63243131A
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JP7811187A
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English (en)
Inventor
Tetsuyoshi Suzuki
鈴木 哲身
Kazumi Hasegawa
和美 長谷川
Osamu Ando
修 安藤
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
Mitsubishi Chemical Industries Ltd
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  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、アニリン系化合物を第二銅化合物と二1−リ
ル系化合物とからなる酸化剤により反応さヒて1qられ
る、アニリン系重合体からなる導電材料の製造方法の改
良に関するものである。
〈従来の技術〉 主鎖に共役二重結合をもつ高分子、例えばポリアレチレ
ン、ポリパラフェニレン、ポリチェニレン、ポリピロー
ル、ポリパラフェニレンビニレン、ポリアニリンなどは
、五ッツ化砒素。
五フッ化アンヂモン、沃素、臭素、三芯化イオウ、n−
ブヂルリチ「クム、ナフタレンナ1〜リウムのようなP
型あるいはN型のドーピング剤で処理すると電気伝導性
が著しく向上し、絶縁体から半導体、ざらに導電体にな
ることが従来より知られている。これらの導電材料、所
謂導電性ポリマーは、粉状2粒状、塊状、フィルム状で
得られ、用、途に応じてそのまま又は成形して使用され
、帯電防止祠料、電磁波遮蔽材料、光電変換素子(電子
−光機能素子)、光メモリ−(ホログラフィックメモリ
〉や各種レンリー等の別面素子2衷示素子(エレクトロ
クロミズム)、スイッチ、各種ハイブリット材料(透明
導電性フィルム等)、各種端末機器あるいは蓄電池など
の広い分野への応用が検討されている。
上記の各種の導電性ポリマーのうちポリチェニレン、ポ
リピロールやポリアニリンなどは、ポリアセチレンに較
べて、空気中での安定性が良好で酸化劣化が極めて少な
く、また取扱い易い導電性ポリマーの一つで、この特性
を生かした種々の応用への検討が行なわれている。
これらポリチェニレン、ポリピロールやポリアニリンな
どの製造方法としては、■電気化学的に酸化重合(電解
重合)する方法、及び■酸化剤を使用して化学的に酸化
重合する方法などが知られている。そして、■の方法で
は、電解重合に用いた陽極上にポリチェニレン、ポリピ
ロール又はポリアニリンがフィルム状に析出し、析出後
に陽極上から剥離することによりフィルム状のポリチェ
ニレン、ポリピロール又はポリアニリンが得られる。ま
た■の方法では、過硫酸カリウムや過la酸アンモニウ
ムなどの過酸化物、硝酸や硫酸おるいはクロム酸などの
酸、塩化第二鉄や塩化ルテニウムや塩化タングステンあ
るいは塩化モリブデンなどのルイス酸のような酸化剤を
使用して、同相、液相あるいは気相で酸化重合を行ない
、粉末状のポリピロールが得られる。また有機溶媒中で
過塩素酸第二鉄を酸化剤に使用して酸化重合を行なって
同様な粉末状のポリピロールを1qることも提案されて
いる(例えばMo1. Cryst、 liq、Cry
st0誌、1985年 vol 118の第149〜1
53頁)。
ところが、上記■の方法では、ポリチェニレン、ポリピ
ロールやポリアニリンが上記のように陽極上にフィルム
状で生成するため、生成物の大きさが電極板の大きさに
規制され、量産性の面で大きな制約をうけるとともに、
電解重合法を用いていることから製造法が煩雑でロス1
〜高でおる等という不都合がある。
また■の方法の場合には、■の如き不都合はないものの
、得られるポリチェニレン、ポリピロールヤボリアニリ
ンなどの電気伝導度が小さいため、種々の用途への展開
に制約を受けて応用範囲が狭いという不都合をかかえて
いる。
更に、■の方法において、有機溶媒中で過塩素酸第二鉄
を酸化剤として用いる場合は、有機溶媒中での過塩素酸
第二鉄の溶解度が水溶液中に較べて小さいため、量産性
の面で製造上制約をうけて不利であるとともに、溶解度
の減少分だけ溶媒中における前記ドーピング剤のCt度
が低下するため、生成するポリピロールやポリアニリン
の電気伝導度が小さいという問題がある。
加えて、爆発などの危険性の高い行別溶媒を取扱うため
、製造工程において種々の安全対策を施す必要があると
いう不都合もある。
一方、特開昭60−58430号公報には、ピロール類
を溶液中で導電性塩の存在下に酸素含有酸化剤を用いて
処理するようにした導電性の粉末状ピロール重合物の製
法が提案されている。
・しかしながらこの方法の場合、上記の酸素含有酸化剤
として、パーオキソ酸又はその塩又は過酸化水素といっ
た過酸化物を使用している為、爆発、危険性があり、そ
の貯蔵取扱い反応口)の異常について、十分に注意する
必要があり、工業的に大量生産する場合、取扱い安全上
で極めて大きな欠点をかかえている。
そこで、本発明者は、第二銅化合物とニトリル系化合物
を共存させてなる酸化剤の存在下でこの種の共役系化合
物を重合反応させることによって、上記の不都合ないし
欠点がなく、空気中で安定であることは勿論、反応速度
が大きく且つ製造容易であり、また電気伝導度の大きな
導電材料の製造方法を提案した(特願昭61−2152
96月)。
〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、このようにして得られた共役系化合物の
重合体のうちアニリン系化合物の重合体は、上記のよう
に電気伝導度の大きな導電外車合体であるが、有機溶媒
への溶解性が比較的大きく、また耐溶剤性が悪くて、反
応生成物を精製などすべくニトリル系化合物などからな
る有機溶媒で洗浄処理した後などの歩留りがかなり低く
、工業上人量に生産する時にはロス1〜高の要因となる
といった問題があることがわがつ lこ。
〈問題点を解決するための手段〉 本発明者は上記の問題のないアニリン系重合体の製造方
法を鋭意検討した所、次の手段を用いた場合には所期の
目的を達成できることを知得してこの発明を完成した。
すなわち本発明は、アニリン系化合物を、第二銅化合物
とニトリル系化合物とを共存ざぜてなる酸化剤の存在下
に反応させてアニリン系重合体からなる導電月利を製造
する方法において1、前記反応時に塩を共存させること
を要旨とする導電材料の製造方法に存する。
本発明で使用する第二銅化合物としては、例えば、 一般式 %式%(1) (式中、XはC20−1BF4−1 AsF  −1PF  −1SbF6−1CH3C6H
4SO3−、CF3 SO3−、ZrF6−”’、T 
i F6−または5iF6−を表わし、mは1〜2の整
数を表わす。)で示される第二銅化合物が挙げられる。
また本発明で使用するニトリル系化合物としては、例え
ば、 一般式 %式%(2) (式中、Rは置換基を有してもよいアルキル基、アルケ
ニル基、アリール基を表わし、nは1〜3の整数を表わ
す。) で示されるニトリル系化合物が挙げられる。
本発明の製造方法では、単一または異なる二種類以上の
アニリン系化合物を用い、これと、単一または異なる二
種類以上の第二銅化合物と単−又は異なる二種以上の二
1〜リル系化合物とからなる酸化剤とを反応さけること
ができる。
本発明で使用する上記アニリン系化合物としては、例え
ば、一般式 (式中、R1,R2は水素原子、アルギル基、アルコキ
シ基、アリール基、アリロキシ基、アミノ基、アルキル
アミノ基、アリールアミノ基を表わし、R3、R4は水
素原子、アルキル基、アリール基を表わす。) で示されるアニリン系化合物が挙げられる。
一方、本発明で使用する塩としては、例えば、該酸化剤
を含む反応系に可溶で、且つこの反応系においてイオン
解離し易い有機又は無機の塩又は複塩で、 一般式 %式%(4) (式中、Mはアルカリ金属又は4級アルキルアンモニウ
ム基であり、Xは過塩素酸イオン、フッ素系金属陰イオ
ン、スルホン酸系陰イオンであり、aは1〜2の整数を
表わす。)で示される塩が挙げられる。
前記一般式(1)で示される第二銅化合物は、具体的に
は、Cu (Cff104 >2、Cu (BF  )
  、Cu (PF6 )2、Cu(AsF3)2、C
u(SbF6)2、Cu   (CH3C6F(45O
3)2   、Cu(CF3S03)2、CuZrF6
、CuT ! FB 、CLJS ! FBでおり、こ
れらは通常、結晶水をもつ化合物もしくは水溶液として
使用される。
前記一般式(2)で示されるニトリル系化合物において
、Rはメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロ
ピル基、n−ブチル基、イソブチル基、5ec−ブチル
基、tert−ブチル基、ビニル基、メチルビニル基、
ジメチルビニル基、エチルビニル基、ジエチルビニル基
、n−プロピルビニル基、n−ブチルビニル基、フェニ
ルビニル基、ナフチルビニル基、ヒドロキシメチル基、
ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル塁、ヒドロキ
シエチル基、メ1へキシメチル基、メトキシナチル基、
メトキシプロピル基、工1〜キシメチル基、エトキシエ
チル基、シアンメチル基、シアンエチル基、シアノプロ
ピル基、シアノブチル基、シアンペンチル基、シアノヘ
キシル基、カルボキシメチル ル基、カルボキシプロピル基、フェニル基、ナフチル基
、トルイル基、ヒドロキシフェニル基、ヒドロキシナフ
チル基、メトキシナフチル基、エトキシフェニル塁、メ
トキシナフチル基、シアノフェニル基、ジシアノフェニ
ル基、シアノトルイル基、ジシアノ1〜ルイル基、シア
ノナフチル基、カルボキシフェニル基、カルボキシトル
イル基などを表わす。このようなニトリル系化合物とし
て、具体的には′、アセ1〜ニトリル、n−プロピオニ
トリル、イソプロピオニトリル、n−ブチロニトリル、
イソブチロニトリル、tert−ブチロニトリル、アク
リロニ1〜リル、メチルアクリロニトリル、エチルアク
リロニトリル、フェニルアクリロニトリル、アセ1〜ン
シアンヒドリン、メヂレンシアンヒドリン、エチレンシ
アンヒドリン、プロピレンシアンヒドリン、メ]〜キシ
アセ1ー二1〜リル、エトキシアセトニ1〜リル、メ1
〜キシプロピオニ1ーリル、マロンジニトリル、アジポ
ニトリル、シアン酢酸、シアノプロピオン酸、シアン醋
酸、ベンゾニ1〜リル、ナフトニトリル、メチルベンゾ
ニ1〜リル、ヒドロキシベンゾニトリル、フタロニ1ー
リル、1〜リシアノベンゼン、メ1〜キシベンゾニトリ
ル、力― ルポキシベンゾニトリルなどが挙げられる。
上記一般式(3)で示されるアニリン系化合物において
、R1,R2は水素原子、メチル基、エチル基、n−プ
ロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル
基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、メトキシ
基、工1〜キシ基、n−プロポキシ基、n−11〜キシ
基、フェニル基、トルイル基、ナフチル基、フェノキシ
基、メチルフェノキシ基、ナフトキシ基、アミン基、ジ
メチルアミノ基、ジエチルアミノ基、フェニルアミノ基
、ジフェニルアミノ基、メチルフエニルアミノ基、フェ
ニルナフチルアミノ基を表わし、R,R4は水素原子、
メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基
、n−ブヂル基、フェニル基、トルイル基、ナフチル基
を表わす。
このようなアニリン系化合物として、具体的には、アニ
リン、メトキアニリン、エチルアニリン、n−プロピル
アニリン、イソプロピルアニリン、n−ブチルアニリン
、メトキシアニリン、工1ヘギシアニリン、n−プロポ
キシアニリン、フェニルアニリン、1〜ルイルアニリン
、ナフヂルアニリン、フェノキシアニリン、メチルフェ
ノキシアニリン、ナノ1〜キシアニリン、アミンアニリ
ン、ジメヂルアミノアニリン、ジエヂルアミノアニリン
、フェニルアミノアニリン。
ジフェニルアミノアニリン、メチルフェニルアミノアニ
リン、フェニルナフチルアミンアニリンなどが挙げられ
る。
上記一般式(4)で示される塩は、具体的には、L i
 Cβ04 、L i BF4 、L i As Fe
、LiPF6、LiSbF6、LiSbF6、LiTi
F6、Li2SiF6、 L  i  2  B10Cff110.  CH3C
6ト’4SO3Li。
CF3303 Li、NaC,204、N a B F
 4 、N a A S F 6 、N a S b 
F 6、Na2ZrF6 、Na2T i FB、N 
a2 S ! FB 、N a2 B10CJ!10゜
CH3C6H4SO3N  a、  CF3 503 
 N  a 、Bu4NCf104 、Bu4NBF4
、Bu4NASF6 、BLJ4 NPF6、Bu4N
SbF6、(BLJ4 N)2 zr FB、(Bu4
N>27i FB、 (BLJ4N>2 S i F(、、 (Bu4N)2B1oCβ1o、 CH3C6ト14  S O3N B u a  、C
F35O°3NBu4、Et4NCβ04、Et  N
BF’  、Et  NASF6.Et4NPF6、E
t4NSbF6、 (E t 4 N > 22 r F 6、(Ej4N
>2T!FB、 ([j4 N>23! FB、 (E t4 N > 2 B10CJ210゜C1−1
3C6H4SO3NEt4、 CF3303 NEt4などが挙げられる。
一般式(1)で示される第二銅化合物の使用量は、上記
共役系化合物1モルに対して0.01〜100倍モルで
おり、好ましくは0.1〜50倍モルである。
また、一般式(2)で示されるニトリル系化合物は第二
銅化合物と共存して使用されるが、その使用方法は例え
ば以下の方法が挙げられる。
1)予め二1〜リル系化合物と第二銅化合物とを共存さ
せてから、アニリン系化合物と作用させる。
2)アニリン系化合物とニトリル系化合物との共存した
系に、第二銅化合物を作用させる。
3)アニリン系化合物と第二銅化合物との共存した系に
、ニトリル系化合物を作用さぼる。
4)アニリン系化合物とニトリル系化合物との共存した
系に、第二銅化合物と二1−リル系化合物との共存した
系を作用させる。
5)第二銅化合物とニトリル系化合物との反応生成物を
予め単離し、それをアニリン系化合物と作用さける。
このようなニトリル系化合物の共存によりアニリン系化
合物と酸化剤との反応が著しく加速され、実質的に殆ん
ど酸化重合反応が進行しない系でも、上記酸化重合反応
が容易に進行するようになる。
また、一般式(2)で示されるニトリル系化合物の使用
量は第二銅化合物1モルに対して0.01〜10,00
0倍モルであり、好ましくは0.1〜i、ooo倍モル
である。そして、ニトリル系化合物が液状物質の場合は
これを反応溶媒として使用したり、また固体状物質の場
合には任意の溶媒、例えば水、メタノール、エタノール
のようなアルコール系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオ
キリ°ン、ベンゼン、トルエン、ジクロルメタン、ジク
ロルエタン、酢酸などの一般の有機溶媒を使用したりす
ることができる。
また、一般式(4)で示される塩の使用可は上記アニリ
ン系化合物1モルに対して0.01〜100倍モルであ
り、好ましくは0.1〜50倍モルでおる。そして、こ
の塩の使用方法は例えば以下の方法が挙げられる。
1)予めニトリル系化合物と共存させ、それを第二銅化
合物又はアニリン系化合物に添加する。
2)予め第2銅化合物と共存させ、それを二1〜リル系
化合物又はアニリン系化合物に添加する。
3)予めアニリン系化合物と共存させ、それを二1〜リ
ル系化合物又は第二銅化合物に添加する。
反応温度は一50℃〜150°Cであり、好ましくは一
20’C〜100℃である。反応時間は反応温度と関連
するが、通常0.1〜200時間、好ましくは0.5〜
100時間である。
反応生成物は暗褐色〜黒色の粉末状物質であり、上記溶
媒存在下での反応では反応終了後溶媒を通常の方法で除
去した後、本発明においては、液状の二1へリル系化合
物、例えばアセトニトリル、プロピオニ1〜リルなどの
溶媒で反応生成物を数回洗浄精製し、副生じた第一銅化
合物を溶解して除去しておくと、より電導性の高い生成
物を1qることかできるので好ましい。
〈作 用〉 以上の方法を用いることにより、有機溶媒への溶解性が
小さくまた耐溶剤性が良好で製造時の歩預りが高く、更
に製造容易で電気伝導度が大きく、また取扱安全性のよ
いアニリン系車合体を1qることかできる。
〈実施例〉 以下に実施例を挙げて本発明の製造方法を具体的に説明
する。
実施例1 1λの丸底フラスコにアニリン3.7 (J (0,0
4モル) 、L i BF4y、5g(o、oaモル)
、アセ1〜二1〜リル150muを採り、窒素雰囲気下
で攪拌しながら、この溶液に、空温(15〜20 ’C
)で予め調整した45%Cu(BF4>2水溶液63.
2G  (0,12−Eル)とアセトニトリル75mN
との混合液を15分間にわたって滴下した。
滴下と共に発熱が認められ反応液は直ちに黒色に変化し
、反応液中に粉状の固形物が析出し、スラリー状を呈し
た。2時間攪拌を継続した後、空温で一夜放置した。
反応物を炉別すると白色の結晶状物が混入した黒色の粉
末状物質が1qられた。これをアセトニトリル600I
IlfJで4回洗浄を繰返したところ白色結晶状物が除
去され、温度60℃で減圧乾燥すると3,7gの黒色粉
末状物質が得られた。
黒色物の元素分析をした所、C51,10%、ト14.
00%、N 9.99%、F 22.35%であり、炭
素を6と仮定するとC6、”5.6 、N1.0、Fl
、64に相当するものを得た。また別途、銅の含有量を
分析した結果、窒素1.0に対して銅o、ooiで必っ
た。これはポリマーに対してCu(BF4)2が反応し
たものであり、殊にそのアニオン部分が付加したもので
あることを示している。
この黒色物について2端子法による電気伝導度の測定を
行なった結果、9 X 10−2S0−2Sを得、半導
体領域の導電性をもった有機半導体でおることがわかっ
た。
尚、上記電気伝導度の測定は次のように行なった。まず
上記処理により1qた黒色粉末を乳鉢で充分細かく粉砕
した後、直径1Qmmのディスク状に加圧成形(5トン
/cIl12)シた。次いで、このディスクサンプルを
同一大の2つの銅製の円筒で挟み、上部より1.2Kg
の加吏をかけ、上下の銅製円筒より導線リードをそれぞ
れ取出してデジタルマルチメータ(タグダリケンTR6
851)に接続し、このメータによってディスクサンプ
ルの電気伝導度を測定した。
比較のため、LiBF4を使用しない以外は実施例1と
同様に反応及び洗浄を行なった結果、生成物は有機溶媒
にかなり溶解し、洗浄処理俊の黒色粉末状物質は1.5
gであった。
以上の結果から、[1BF4を反応系に共存さけること
により、有機溶媒への溶解性が小さく、洗浄処理により
有機溶媒に溶解し難い反応生成物が1qられることか確
認された。
実施例2 アニリンの代りにオルト−トルイジンを4.3g、また
LiBF4の代りにL ! 2 B10CJ! 10を
19.0(]使用した他は実施例1と同様にして実験を
行なった結果、4、Ogの黒色粉末状物質を14だ。
得られた黒色粉末状物質の元素分析から、炭素を7.0
と仮定すると、C7、ト18.5 、Ni、o −Fl
、soに相当するものを得た。
また、この黒色物の電気伝導度は1.0×10 ’S 
Cm−17” アッタ。
実施例3〜12 各種のアニリン系化合物と各種の塩を使用し、これらと
、各種の第二銅化合物とニトリル系化合物との反応を実
施例1と同様に行なった。
1qられた暗褐色〜黒色粉末状物質の検討結果を第1表
に示した。
尚、二I・リル系化合物以外の溶媒を使用して上記反応
を行なった場合、その使用した溶媒を第1表に併ヒて示
した。
〈発明の効果〉 以上の如く、本発明の製造方法によれば、有機溶媒への
溶解性が小さく、また製造容易で、電気伝尋度が大きく
、更に取扱安全性のよいアニリン系化合物の重合体から
なる導電材料が多種得られ、その実用的価値は極めて大
でおる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、アニリン系化合物を、第二銅化合物とニトリル系化
    合物とを共存させてなる酸化剤の存在下に反応させてア
    ニリン系重合体からなる導電材料を製造する方法におい
    て、前記反応時に塩を共存させることを特徴とする導電
    材料の製造方法。 2、前記第二銅化合物が、 一般式 CuX_m・・・・・・(1) (式中、XはClO_4^−、BF_4^−、AsF_
    6^−、PF_6^−、SbF_6^−、CH_3C_
    6H_4SO_3^−、CF_3SO_3^−、ZrF
    _6^−^−、TiF_6^−^−またはSiF_6^
    −^−を表わし、mは1〜2の整数を表わす。) で示される第二銅化合物であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の方法。 3、前記ニトリル系化合物が 一般式 R(CN)_n・・・・・・(2) (式中、Rは置換基を有してもよいアルキル基、アルケ
    ニル基、アリール基を表わし、 nは1〜3の整数を表わす。) で示されるニトリル系化合物であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の方法。 4、前記アニリン系化合物が、 一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・・・(3) (式中、R^1、R^2は水素原子、アルキル基、アル
    コキシ基、アリール基、アリロキシ基、アミノ基、アル
    キルアミノ基、アリールア ミノ基を表わし、R^3、R^4は水素原子、アルキル
    基、アリール基を表わす。) で示されるアニリン系化合物であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の方法。 5、前記塩が、該酸化剤を含む反応系に可溶で、かつ、
    イオン解離し易い有機又は無機の塩又は複塩で、 一般式 M_aX・・・・・・(4) (式中、Mはアルカリ金属又は4級アルキルアンモニウ
    ム基であり、Xは過塩素酸イオ ン、フッ素系金属陰イオン、スルホン酸系 陰イオンであり、aは1〜2の整数を表わ す。) で示される塩であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の方法。 6、前記アニリン系化合物と前記酸化剤との反応生成物
    を、液状のニトリル系化合物で洗浄処理することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119842071A (zh) * 2025-01-06 2025-04-18 北京大学深圳研究生院 一种导电聚合物材料、制备方法及应用

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119842071A (zh) * 2025-01-06 2025-04-18 北京大学深圳研究生院 一种导电聚合物材料、制备方法及应用

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