Luận án nghiên cứu vật liệu lai ghép polyme dẫn nano cacbon - Lê Trọng Huyền

Dưới đây là meta tags cho bài viết "Luận án tiến sĩ nghiên cứu tổng hợp vật liệu lai ghép polyme dẫn ppy pani nano cacbon cnts gr ứng dụng" theo yêu cầu: {

• Tác giả: Lê Trọng Huyền
• Người hướng dẫn: GS.Trần Đại Lâm
• Trường học: Đại học Khoa học Tự nhiên-ĐHQG Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật liệu điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu lai PPy-PANi nano cacbon ứng dụng cảm biến
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan vật liệu lai polyme dẫn nano cacbon

Vật liệu lai ghép polyme dẫn (PPy, PANi) với nano cacbon (CNTs, Gr) là hướng nghiên cứu tiên tiến trong lĩnh vực vật liệu điện tử. Polyme dẫn điện như polypyrrole (PPy) và polyaniline (PANi) sở hữu tính linh hoạt, dẫn điện và tương thích sinh học cao. Khi kết hợp với ống nano cacbon (CNTs) hoặc graphen (Gr), các đặc tính cơ học, điện hóa và xúc tác của vật liệu được nâng cao đáng kể. CNTs cung cấp độ bền cơ học vượt trội và khả năng dẫn điện dọc trục, trong khi Gr mang lại diện tích bề mặt riêng cực lớn, dẫn nhiệt vượt trội và độ trong suốt quang học. Sự kết hợp này tạo ra nền tảng lý tưởng cho ứng dụng cảm biến sinh học, môi trường và lưu trữ năng lượng. Nghiên cứu tập trung vào phương pháp tổng hợp đồng nhất, tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn và đánh giá hiệu suất điện hóa của vật liệu lai.

1.1. Tính chất vật liệu polyme dẫn điện PPy và PANi

Polyme dẫn PPy và PANi thuộc nhóm polyme liên hợp, sở hữu cấu trúc mạch dài với các liên kết đôi xen kẽ đơn. PPy có khả năng dẫn điện ổn định trong môi trường axit nhờ cấu trúc vòng pyrrole, trong khi PANi thể hiện tính chất bán dẫn đa dạng theo trạng thái oxy hóa (emeraldine, leucoemeraldine, pernigraniline). PPy có độ dẫn điện khoảng 1-10 S/cm, độ bền kéo 40-50 MPa và khả năng hấp thụ sóng điện từ mạnh. PANi nổi bật với khả năng thay đổi màu sắc theo pH, độ dẫn điện biến thiên từ 10^-10 S/cm (trạng thái khử) đến 10^2 S/cm (trạng thái oxy hóa). Cả hai polyme đều dễ chế tạo thông qua phương pháp hóa học hoặc điện hóa, tạo tiền đề cho tích hợp với nano cacbon.

1.2. Đặc trưng cấu trúc nano cacbon CNTs và Gr

CNTs tồn tại dưới dạng ống đơn lớp (SWCNTs) hoặc đa lớp (MWCNTs), với đường kính 1-50 nm và chiều dài micromet. Cấu trúc nano này cung cấp tỷ lệ diện tích bề mặt/thể tích cực cao, độ bền kéo 100-600 GPa và khả năng dẫn điện dọc trục đạt 10^6 S/m. Graphen là lớp đơn nguyên tử cacbon sắp xếp theo mạng lục giác, sở hữu độ dẫn nhiệt 5300 W/m·K, độ bền 42 N (gấp 100 lần thép) và độ trong suốt quang học 97,7%. CNTs và Gr đều có khả năng tương tác mạnh với polyme thông qua liên kết π-π, tăng cường hiệu suất điện hóa của vật liệu lai.

II. Vấn đề nghiên cứu vật liệu lai polyme dẫn nano cacbon

Nghiên cứu vật liệu lai polyme dẫn – nano cacbon đối mặt với thách thức về đồng nhất cấu trúc, kiểm soát tỷ lệ phối trộn và ổn định hóa học. PPy và PANi thường khó phân tán đều trong dung môi hữu cơ do tính kỵ nước, dẫn đến hiện tượng kết tụ nano cacbon. CNTs dễ bị oxy hóa bề mặt trong quá trình tổng hợp, làm giảm khả năng dẫn điện. Graphen có xu hướng tái xếp lớp do tương tác van der Waals, ảnh hưởng đến diện tích bề mặt hoạt động. Ngoài ra, sự khác biệt về điện thế giữa polyme (0,2-0,7 V) và nano cacbon (0,3-0,5 V) gây ra hiện tượng phân cực điện cực. Các phương pháp tổng hợp truyền thống như trùng hợp hóa học thường tạo ra vật liệu có độ xốp thấp, hạn chế khả năng ứng dụng trong cảm biến sinh học. Việc tối ưu hóa điều kiện tổng hợp (pH, nhiệt độ, chất xúc tác) và sử dụng chất hoạt động bề mặt là cần thiết để khắc phục những hạn chế này.

2.1. Khó khăn trong phân tán vật liệu

PPy và PANi có tính kỵ nước cao, dẫn đến khả năng phân tán kém trong dung môi hữu cơ. CNTs và Gr cũng dễ bị kết tụ do tương tác van der Waals mạnh, đặc biệt trong môi trường nước. Việc sử dụng chất hoạt động bề mặt như SDS, CTAB hoặc dung môi phân cực (DMF, NMP) giúp cải thiện độ phân tán nhưng có thể ảnh hưởng đến tính chất điện hóa của vật liệu. Graphen oxide (GO) có tính ưa nước nhưng sau khi khử thành Gr, khả năng phân tán giảm đáng kể. Các phương pháp siêu âm công suất cao hoặc functional hóa bề mặt (gắn nhóm -COOH, -NH2) là giải pháp tiềm năng nhưng tăng chi phí sản xuất.

2.2. Ổn định hóa học và tương thích điện hóa

PPy dễ bị oxy hóa trong môi trường kiềm, dẫn đến suy giảm độ dẫn điện. PANi có tính axit mạnh, gây ăn mòn điện cực trong các ứng dụng lâu dài. CNTs dễ bị oxy hóa bởi các tác nhân hóa học (HNO3, KMnO4) trong quá trình functional hóa, làm giảm độ dẫn điện dọc trục. Graphen dễ tái xếp lớp trong dung dịch, giảm diện tích bề mặt hoạt động. Sự chênh lệch điện thế giữa polyme (0,2-0,7 V) và nano cacbon (0,3-0,5 V) gây ra hiện tượng phân cực, ảnh hưởng đến độ nhạy của cảm biến. Việc điều chỉnh pH, sử dụng lớp phủ bảo vệ (PEDOT, Nafion) hoặc pha tạp ion kim loại (Au, Ag) giúp cải thiện ổn định hóa học.

III. Phương pháp tổng hợp vật liệu lai polyme dẫn nano cacbon

Phương pháp tổng hợp vật liệu lai polyme dẫn – nano cacbon bao gồm trùng hợp điện hóa, trùng hợp hóa học và phương pháp pha trộn dung dịch. Trùng hợp điện hóa sử dụng điện cực làm việc (Pt, Au, ITO) để polymer hóa monomer (pyrrole, aniline) trong dung dịch chứa nano cacbon (CNTs, Gr) phân tán đều. Phương pháp hóa học sử dụng chất oxy hóa (FeCl3, APS) để khởi động phản ứng trùng hợp trong môi trường axit hoặc kiềm. Phương pháp pha trộn dung dịch kết hợp polyme dẫn đã tổng hợp sẵn với dung dịch nano cacbon, sau đó sấy khô hoặc đông khô để tạo màng. Lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào ứng dụng: trùng hợp điện hóa thích hợp cho cảm biến sinh học do kiểm soát chính xác cấu trúc lớp, trong khi phương pháp hóa học hiệu quả cho sản xuất quy mô lớn. Các yếu tố quan trọng bao gồm tỷ lệ phối trộn, pH dung dịch, nhiệt độ và thời gian phản ứng.

3.1. Trùng hợp điện hóa đồng nhất

Phương pháp trùng hợp điện hóa sử dụng điện thế 0,6-0,8 V (so với Ag/AgCl) để polymer hóa pyrrole hoặc aniline trong dung dịch chứa CNTs hoặc Gr phân tán đều. Nano cacbon được functional hóa trước (gắn nhóm -COOH, -NH2) để tăng tương tác với polyme. Quá trình diễn ra trong dung môi nước hoặc hữu cơ (acetonitrile, ethanol) với chất điện ly nền (LiClO4, NaClO4). Ưu điểm là kiểm soát chính xác độ dày lớp polyme (50-500 nm) và khả năng tích hợp trực tiếp lên điện cực cảm biến. Hạn chế là tốc độ phản ứng chậm, yêu cầu thiết bị chuyên dụng và chi phí cao. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả cho ứng dụng cảm biến sinh học do tạo ra lớp phủ mỏng, đồng nhất với diện tích bề mặt lớn.

3.2. Phương pháp hóa học và pha trộn dung dịch

Phương pháp hóa học sử dụng FeCl3 hoặc (NH4)2S2O8 làm chất oxy hóa trong môi trường axit (pH 1-3) hoặc kiềm (pH 8-10). Quá trình trùng hợp diễn ra ở nhiệt độ phòng hoặc 0-5°C, tạo ra hạt polyme kích thước nano (20-100 nm). Nano cacbon được thêm vào giai đoạn đầu hoặc giữa quá trình trùng hợp để đảm bảo phân tán đều. Phương pháp pha trộn dung dịch kết hợp polyme dẫn đã tổng hợp sẵn với dung dịch nano cacbon, sau đó sấy khô bằng phương pháp phun sấy hoặc đông khô. Ưu điểm là quy trình đơn giản, chi phí thấp, phù hợp sản xuất quy mô lớn. Hạn chế là khả năng kiểm soát cấu trúc lớp kém, độ xốp thấp và khả năng tái lặp thấp giữa các mẻ sản xuất.

IV. Ứng dụng và triển vọng vật liệu lai trong cảm biến

Vật liệu lai polyme dẫn – nano cacbon (PPy/CNTs, PANi/Gr) được ứng dụng rộng rãi trong cảm biến sinh học, môi trường và năng lượng nhờ độ nhạy cao, độ chọn lọc tốt và khả năng tích hợp linh hoạt. Trong cảm biến sinh học, vật liệu lai được sử dụng để phát hiện các phân tử sinh học như glucose, dopamine, atrazin với giới hạn phát hiện thấp (ng/mL). Cơ chế hoạt động dựa trên sự thay đổi trở kháng hoặc dòng điện khi có sự tương tác giữa chất phân tích và vật liệu cảm biến. Trong môi trường, vật liệu lai giúp phát hiện kim loại nặng (Pb2+, Hg2+), khí độc (NH3, NO2) với độ chính xác cao. Ngoài ra, vật liệu lai còn được ứng dụng trong pin lithium-ion, siêu tụ điện nhờ khả năng lưu trữ năng lượng vượt trội. Triển vọng tương lai bao gồm phát triển vật liệu lai 3D, tích hợp trí tuệ nhân tạo để xử lý tín hiệu và mở rộng ứng dụng trong y sinh, nông nghiệp thông minh.

4.1. Cảm biến sinh học và môi trường

Vật liệu lai PPy/CNTs được sử dụng để chế tạo cảm biến glucose nhờ khả năng oxy hóa glucose thành gluconolactone dưới tác dụng của enzyme glucose oxidase (GOx). PANi/Gr kết hợp với enzyme acetylcholinesterase (AChE) giúp phát hiện thuốc trừ sâu carbaryl với giới hạn phát hiện 0,1 ng/mL. Trong môi trường, vật liệu lai CNTs/Gr phát hiện kim loại nặng thông qua cơ chế hấp phụ ion kim loại lên bề mặt nano cacbon, sau đó đo tín hiệu điện hóa. Độ nhạy của cảm biến phụ thuộc vào diện tích bề mặt, độ dẫn điện và khả năng tương tác hóa học giữa vật liệu và chất phân tích. Việc functional hóa bề mặt (gắn nhóm -NH2, -COOH) giúp tăng cường độ chọn lọc cho các ứng dụng cụ thể.

4.2. Triển vọng trong lưu trữ năng lượng

Vật liệu lai PPy/CNTs và PANi/Gr có tiềm năng lớn trong siêu tụ điện nhờ khả năng lưu trữ điện hóa cao. CNTs cung cấp đường dẫn điện nhanh, trong khi PPy/PANi cung cấp khả năng tích trữ ion. Độ dẫn điện của vật liệu lai đạt 10^3-10^4 S/m, gấp 10 lần so với polyme dẫn đơn lẻ. Khả năng lưu trữ năng lượng riêng đạt 100-300 F/g, vượt trội so với vật liệu truyền thống. Ngoài ra, vật liệu lai có độ bền vòng đời cao (10.000 chu kỳ sạc/xả) và khả năng chịu nhiệt tốt. Ứng dụng trong pin lithium-ion cũng hứa hẹn nhờ khả năng ngăn chặn sự hình thành dendrite, tăng tuổi thọ pin.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Vật liệu trên cơ sở polyme dẫn điện liên hợp: PPy và PANi. Chương này là phần tổng quan về tổng hợp vật liệu lai có cấu trúc nano trên cơ sở polyme dẫn điện PPy và PANi nhằm nâng cao tính chất của vật liệu cũng như tăng khả năng tương tác của vật liệu với các phần tử hữu cơ, đặc biệt là các phần tử sinh học cũng như một số ứng dụng nổi bật của vật liệu này trong chế tạo cảm biến sinh học điện hóa [34]. Số công trình và sáng chế về lĩnh vực vật liệu lai vô cơ - hữu cơ [34] 1.

Đặc trưng cấu trúc của polyme dẫn điện liên hợp Ngày nay, hầu hết các nghiên cứu về polyme dẫn điện đều tập trung vào polyanilin (PANi), Polypyrrol (PPy), polythiophen (PTh) và Poly(3,4 ethylenedioxythiophen) (PEDOT) (Bảng1.1) do các polyme này có độ dẫn điện tương đối cao và khá ổn định ở điều kiện thường [2, 35, 36]. Cấu trúc hóa học và độ dẫn của một số polyme dẫn thông dụng [37] Độ rộng Cấu trúc hóa Ðộ dẫn Polyme vùng Pha tạp học (S.105 Polypyrol 102 – - - 3,1 BF4 ,ClO4 (1979) 7,5.103 Polythiophen 2,0 BF4-,ClO4- 10 - 103 (1981) Poly(p-phenylen 2,5 AsF5 3-5.103 Vinylen (1979) Poly(p-phenylen) 3,0 (1979) AsF5, Li, Na 102 - 103 Polyanilin 3,2 (1980) HCl 30-200 ClO4-, dodecylsulfate Poly(3,4 (DDS), 1,5 102 - 103 ethylenedioxythiophen) polysterenesulfonate (PSS) Độ dẫn điện lớn của các polyme này là kết quả của một số quá trình khác nhau: Ví dụ, đối với các polyme truyền thống như polyethylen, trong mạch hydrocac bon của phân tử, các electron hóa trị định cư ở các liên kết hóa trị dạng lai hóa sp3. Các electron này sẽ tạo liên kết sigma () kém linh động, không tham gia vào sự dẫn điện của vật liệu. Tuy nhiên, điểm đặc biệt của các polyme dẫn như polyaxetilen là có chuỗi các trung 5 tâm cacbon lai hóa sp2 liền kề nhau.

Mỗi electron hóa trị ở mỗi C trung tâm này thuộc orbital pz trực giao với các liên kết sigma kia. Các electron này về bản chất là không định cư nên có độ linh động cao. Khi vật liệu được pha tạp (doped) nhờ quá trình oxi hóa, trong đó một số electron không định cư được loại đi, dẫn đến sự thiếu hụt electron trong orbital không định cư của vật liệu. Kết quả là, các orbital liên hợp p sẽ hình thành một vùng dẫn điện tử một chiều và các electron trong vùng này sẽ trở nên linh động hơn nhiều khi vùng này được làm trống một phần (Hình 1.

Pha tạp (doping) Bản chất của polyme hữu cơ là không Kim loại chứa các tiểu phân mang điện, do vậy cần thiết phải đưa các phần tử mang điện vào cấu Polyme dẫn điện trúc phân tử polyme. Sự pha tạp có thể do quá trình oxy hóa một phần (p-doping) mạch polyme bằng chất nhận electron như I2, Bán dẫn AsF5, hoặc bằng cách khử một phần mạch polyme bằng chất cho electron như Na, K. Chất cách điện Việc sử dụng phương pháp pha tạp (doping) cấy chọn lọc các tiểu phân khác nhau vào màng polyme liên hợp trong quá trình tổng hợp đã tạo ra những vùng mang điện trong mạch polyme (polaron, bipolaron hoặc soliton), và các phần tử này sẽ đóng vai Hình 1. Giới hạn dẫn điện của trò dẫn điện và làm tăng độ dẫn điện của vật các polyme liên hợp [38] liệu.

Độ dẫn điện của các polyme dẫn có thể đạt tới ~ 105 S.2) trong khi giá trị độ dẫn của các polyme thông thường chỉ khoảng ~ 10-10 S.m-1, vùng của vật liệu cách điện. Nhờ đó đã đem tới khả năng ứng dụng to lớn của loại vật liệu này, đặc biệt lĩnh vực cảm biến sinh học đo theo nguyên lý điện hóa. Cơ chế dẫn điện của polyme dẫn Sự chuyển từ chất cách điện sang dẫn điện của polyme liên hợp rất phức tạp và cách mà các phần tử mang điện tích tồn tại trong mạch polyme cũng như bản chất của quá trình chuyển điện tích vẫn còn đang là vấn đề gây tranh cãi. Tuy nhiên, có thể áp dụng lý thuyết vùng năng lượng để thu một số thông tin về sự tạo ra các hạt mang điện nhờ hiện tượng pha tạp.

Theo lý thuyết vùng năng lượng, một nửa vùng hóa trị của polyme dẫn được điền đầy nhờ sự dịch chuyển của hệ thống liên kết π. Đó chính là điều kiện để polyme có thể dẫn điện. Khi pha tạp các tâm cho electron (donor) hay các tâm nhận electron (acceptor) và đặt trong điều kiện thích hợp thì các polyme có thể trở thành chất dẫn điện. Quá trình pha tạp sẽ tạo ra các mức năng lượng mới có giá trị phụ thuộc vào quá trình oxy hóa khử của polyme.

Ví dụ, trường hợp PPy trình bày trong Hình 1. Độ rộng vùng cấm của polyme không pha tạp 1,5 eV. Liên kết giữa một cation được định xứ trong chuỗi và một gốc được gọi là polaron. Trạng thái polaron của PPy nằm chính giữa hai bờ vùng năng lượng (cách mỗi bờ vùng 0,5 eV).

Quá trình oxy hóa tiếp theo gốc tự do của polaron tách ra khỏi liên kết tạo ra trạng thái bipolaron. Trong PPy, bipolaron được định vị đối xứng trong khe năng lượng ở khoảng cách 0,75 eV. Trạng thái soliton không tạo thành ở các polyme liên hợp có trạng thái cơ bản không suy biến như PPy, PANi,. Mật độ các trạng thái polaron, bipolaron phụ thuộc vào nồng độ chất pha tạp.

Độ dẫn điện của khối polyme về nguyên tắc sẽ do sự chuyển điện tích dọc theo mạch polyme (intra-chain) hoặc giữa các mạch polyme (inter-chain) hoặc giữa các miền của khối polyme. Do vậy, việc lựa chọn chất pha tạp, các chất lai tạo cũng như phương pháp tổng hợp polyme sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hình thái học cũng như tính chất của polyme, đặc biệt là tính dẫn điện. Mới đây, vào năm 2017 tác giả Xuxing Zhu [41] đã nghiên cứu biến tính vi điện cực vàng bằng MW-CNTs và polypyrol làm tăng độ nhạy cho phép đo xác định ion kim loại Pb2+, kết quả nghiên cứu cho thấy đã phát hiện nồng độ Pb2+ từ 1 – 100 µg/L. Polaron, bipolaron và các dải năng lượng tương ứng của PPy [39] 1.

Cơ chế của quá trình trùng hợp một số polyme dẫn Quá trình trùng hợp điện hóa các polyme dẫn là sự oxy hóa các monome và phát triển mạch polyme trên bề mặt điện cực anot. Do sự oxy hóa được thực hiện nhờ sự áp thế oxy hóa hoặc áp dòng vào điện cực, quá trình điện trùng hợp sẽ có độ tinh khiết cao hơn, giải quyết được vấn đề nhiễm bẩn do chất oxy hóa đưa vào trong trùng hợp bằng phương pháp hóa học. Mặt khác, sự phát triển của polyme xảy ra đồng thời với sự cài các anion pha tạp vào màng polyme: 𝑜𝑥𝑦 ℎó𝑎 + − 𝑛𝑀 + 𝑛𝑦𝐴− → [𝑀 𝑦 (𝐴− )𝑦 ]𝑛 + 𝑛(2 + 𝑦)𝑒 − Trong đó, M là ký hiệu monome, A là anion pha tạp, có vai trò bù điện tích dương của anot, y là mức độ pha tạp, được định nghĩa là tỉ lệ giữa số điện tích trong polyme và 8 số đơn vị monome [42]. Trong thực tế, cơ chế của quá trình polyme hóa phức tạp hơn, và được xác định cụ thể đối với từng loại polyme.

PPy được tổng hợp từ các monome là các phân tử pyrol. Trong phân tử PPy, các monome Py thường liên kết với nhau theo dạng phẳng ở các vị trí ’ và . PPy được xem như một vật liệu bán dẫn loại p. Do nguyên tử nitơ trong phân tử PPy còn 2 electron chưa tham gia liên kết, do đó dễ dàng di chuyển tự do trong toàn chuỗi polyme.

Độ dẫn điện của PPy thuần cỡ khoảng 100 S.cm-1 tuy nhiên khi tiến hành định hướng màng PPy bằng các phương pháp cơ học, chúng ta có thể tăng độ dẫn của nó lên cỡ 1000 S.cm-1, màng PPy phát triển trên điện cực có thể thay đổi màu sắc tùy thuộc vào trạng thái oxi hóa và trạng thái khử của nó. PPy có thể nhận được từ phản ứng trùng hợp oxy hóa, phản ứng trùng hợp điện hóa cũng như phản ứng quang điện hóa. Sơ đồ tổng quát quá trình trùng hợp màng PPy bằng phương pháp điện hóa được đưa ra tại Hình 1. Quá trình trùng hợp điện hóa polypyrol được mô tả như sau: Dưới tác dụng của thế oxy hóa đủ lớn, monome bị oxi hóa tạo thành cation gốc.

Các cation gốc này sẽ bị khử bằng phản ứng cặp đôi gốc – gốc do sự deproton hóa tại vị trí α và tạo ra một dime gốc cation. Phản ứng tiếp tục xảy ra do sự oxi hóa dimer thành gốc cation với thế oxi hóa thấp hơn so với sự oxi hóa monome, do vậy các gốc dime sẽ tham gia phản ứng cặp đôi với monome để tạo thành trime. Tùy vào vị trí phản ứng cặp đôi mà có thể thu được hai dạng của màng polyme là mạch thẳng và mạch nhánh. Phản ứng tiếp tục xảy ra tạo thành các oligome và dần dần chuỗi polyme sẽ phát triển lên tạo thành màng trên bề mặt anot [43].

9 oxy hóa pyrol tạo thành dime oxi hóa, ghép đôi và thơm hóa phát triển chuỗi Hình 1. Cơ chế của quá trình điện trùng hợp polypyrol [44] Trong phương pháp trùng hợp điện hóa, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới hình thái học, độ dẫn điện cũng như tính chất cơ học của màng polyme. Các yếu tố có thể kể đến là kĩ thuật điện trùng hợp (tĩnh hay động), điều kiện trùng hợp như nhiệt độ, vật liệu nền, thành phần dung dịch (chất điện li, chất pha tạp, nồng độ monome,. Trước PPy, PANi thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học.

Đây là polyme dễ dàng hình thành các cấu trúc nano 1 chiều, dạng dây, ống hoặc que, có nhiều ứng dụng trong các thiết bị có kích cỡ thu nhỏ [45]. Độ dẫn điện của PANi, bên cạnh ảnh hưởng của chất pha tạp (doping), còn bị tác động bởi các yếu tố khác khác nhau: trạng thái oxi hóa khử, pH, độ ẩm, nhiệt độ và loại anion trong dung dịch [46]. Độ dẫn điện của PANi thường nằm trong khoảng 2-10 S. Về mặt cấu trúc hóa học của PANi, hai yếu tố quyết định là trạng thái oxi hoá khử và mức độ pha tạp.

PANi chủ yếu có ba trạng thái oxi hóa phân biệt: khử hoàn toàn 10 (Leucoemeraldine), oxy hóa một nửa (Emeraldine) và oxi hóa hoàn toàn (Pernigraniline), từ đó có thể tồn tại vô số trạng thái oxi hóa trung gian. Vì vậy, về nguyên tắc, PANi có thể tồn tại ở dạng liên tục gồm các trạng thái oxi hóa khác nhau, từ khử hoàn toàn đến oxy hóa hoàn toàn [48]. Cấu trúc hóa học chung của PANi được thể hiện trong Hình 1.5, trong đó mức độ oxy hóa được mô tả bởi y có giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến 1.