功能高分子材料

1、功能高分子材料导电高分子材料姓名：王光学号:0911112059学院：材料科学与工程 班级：材化0902概述一类具有导电功能（包括半导电性、金屈导电性和超导电性）、电导 率在1 os/m以上的聚合物材料。高分子导电材料具有密度小、易加工、 耐腐蚀、可大而积成膜以及电导率可在十多个数量级的范围内进行调节等 特点，不仅可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品，而冃已成为许 多先进工业部门和尖端技术领域不可缺少的一类材料。高分子材料长期以 来被作为优良的电绝缘体，直至1977年，日本白川英树等人才发现用五氟 化碑或碘掺杂的聚乙块薄膜具有金屈导电的性质，电导率达到10s/mo这是 第一个导电的高分子材

2、料。以后，相继开发出了聚毗咯、聚苯硫醞、聚瞅 菁类化合物、聚苯胺、聚囉吩等能导电的高分子材料。“导电高分子材料具有良好的导电性和电化学可逆性，可用作充电电 池的电极材料。利用ppy制作的可充电电池，经300次充放电循环后，效 率无下降，已达到商业应用价值。导电性高聚物在太阳能电池上的应用也 引起了广泛的关注，美国科学家jeskocheim利用聚毗咯和聚氧化乙烯固态 电介质膜试制了光电池，可产生lma/cm2的电流，0. 35v的电压。尽管这种 光电池目前述不如si太阳能电池，但由丁导电聚合物重量较轻、易成形、 工艺简单，并能生成大而积膜，具有绿色环保的特点，因而发展前景十分 诱人。导电高分子材

3、料还是制作超级电容器的理想材料。如采用掺杂后的 聚毗咯高分子化合物，电导率高达100 s/cm,频率特征非常出色，尤其在 高频区的特性与以前电容器相比冇很大改善。机理导电高分子材料的共同特征一交替的单键、双键共轨结构hh半导体到导体的实现途径一掺杂（doping）在共辄有机分子屮。电子是无法沿主链移动的，而兀电子虽较易 移动，但也相当定域化，因此必需移去主链上部分电子（氧化）或注入数个 电子（述原），这些空穴或额外电子可以在分子链上移动，使此高分子成为 导电体。unpaired electron图1自由基阳离子通过双键迁移沿共辄分类高分子导电材料通常分为复合型和结构型两大类：复合型高分子导 电

4、材料。由通用的高分子材料与各种导电性物质通过填充复合、表而复合 或层积复合等方式而制得。主要品种有导电塑料、导电橡胶、导电纤维织 物、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导电薄膜等。其性能与导电填料的种 类、用量、粒度和状态以及它们在高分子材料小的分散状态有很大的关系。 常用的导电填料有炭黑、金屈粉、金屈箔片、金属纤维、碳纤维等。结构型高分子导电材料。是指高分子结构本身或经过掺杂z后具有导电 功能的高分子材料。根据电导率的大小又可分为高分子半导体、高分子金 属和高分子超导体。按照导电机理可分为电子导电高分子材料和离子导电 高分子材料。电子导电高分子材料的结构特点是具有线型或而型大共辘体 系，在热或光的

5、作用下通过共轨31电子的活化而进行导电，电导率一般在 半导体的范围。采用掺杂技术可使这类材料的导电性能大大提高。如在聚 乙块小掺杂少量碘，电导率可提高12个数量级，成为“高分子金屈”。经 掺朵后的聚氮化硫，在超低温下可转变成高分子超导体。结构型高分子导 电材料用于试制轻质塑料蓄电池、太阳能电池、传感器件、微波吸收材料 以及试制半导体元器件等。但目前这类材料由于还存在稳定性差(特别是掺 杂后的材料在空气中的氧化稳定性差)以及加工成型性、机械性能方面的问 题，尚未进入实用阶段。特点与金展和半导体相比较，导电高分子的电学性能具有如下特点：(1)通过控制掺杂度，导电高分子的室温电导率可在绝缘体-半导体

6、- 金属态范围内变化。口前最高的室温电导率可达105s/cm,它可与铜的电导 率相比，而重量仅为铜的1/12；(2)导电高分子可拉仲取向。沿拉仲方向电导率随拉仲度而增加，而垂直拉仲方向的电导率基本不变，呈现强的电 导各向异性；(3)尽管导电高分子的室温电导率可达金属态，但它的电导 率-温度依赖性不呈现金属特性，而服从半导体特性；(4)导电高分子的 载流子既不同于金属的自由电子，也不同于半导体的电子或空穴，而是用 孤子、极化子和双极化子概念描述。应用主要有电磁波屏蔽、电子元件(二极管、晶体管、场效应晶体管等)、 微波吸收材料、隐身材料等。应用概况高分了材料在很长一段时期都被用作电绝缘材料随着不同

7、应用领域 的需要以及为进一步拓宽高分了材料的应用范围，一些高分了材料被赋予 某种程度的导电性以致成为导电高分-了材料第一个高导电性的高分了材 料是经碘掺朵处理的聚乙快，其后又相继开发了聚毗咯、聚对苯撑、聚苯 硫瞇、聚苯胺等导电高分了材料(1) 由于这些导电高分了材料都具有共轨键结构，并且主耍是由化 学方法处理得到的，因此常称为本征型导电高分了材料但是，这类材料的 稳定性、重现性较差，电导率分布范围较窄，成本较高，而且加工困难， 尚未进入批量生产的实用阶段(2) 木征型导电高分了材料在应用方面遇到的困难短期难以解决， 促使人们转而研究和开发导电高分了复合材料导电高分了复合材料是以 高分了材料为基

8、体，通过加入导电功能体，经过分散复合、层积复合以及 形成表面导电膜等方式处理后形成的多相复合导电体系.由于原料易得、工 艺相对简单、成木较低、电阻率可在较大范围内调节，同时具有一定程度 的再加工性并兼有高分了基体材料的一些优异性能而受到广泛重视.研究方向 导电高分子复合材料的研究工作主要有：1、复合材料导电机理的理论研究、特殊效应机理的理论研究；2、用不同方法研制新材料的实验研究；3、材料应用的实验研究.导电高分子复合材料导电机理的理论研究工作通常又包括导电通路的 形成和形成导电通路后的导电机理两方面前者研究的是加入聚合物基体 中的导电功能体在给定的加工工艺条件下，如何达到电接触而在整体上自

9、发地形成导电通路这一宏观自组织过程；后者则主要涉及导电通路或部分 导电通路形成后载流子迁移的微观过程显然，无论是宏观过程还是微观过 程，它们都受到复合体系的几何拓扑、热力学和动力学等多种因素的制约. 因此，导电高分子复合材料的理论研究工作一方面呈现多样性、复杂性， 另一方面乂与实验结果之间存在着不同程度的差异，而且许多理论结果往 往不具有普适性新材料的实验研究工作采用的主要方法有：组分改造（改 变基体种类、改变导电功能体种类）；整体或组分物性改造（磁化、接枝、 热处理、结晶、浸渍）；结构改造（板状、叠层、发泡）；导电功能体形状改 造（粒状、球状、屮空状、纤维状）等应用研究则包括根据应用条件和具体 要求解决各种实际问题的理论和实验研究.经过多年世界范围内