纳米导电聚合物材料

1、纳米导电聚合物材料宋丽云宋丽云 余文鹏余文鹏导电聚合物简介纳米聚合物的结构特点及导电机理纳米导电聚合物的发展前景导电聚合物微米 纳米结构的合成一 导电聚合物简介 导电聚合物(conducting polymer)又称导电电高分子，是指通过掺杂等手段，能使得电导率在半导体和导体范围内的聚合物。通常指本征导电聚合物(intrinsic conducting polymer)，这一类聚合物主链上含有交替的单键和双键，从而形成了大的共轭体系。电子的流动产生了导电的可能性。导电聚合物简介 导电聚合物打破了聚合物为绝缘体的传导电聚合物打破了聚合物为绝缘体的传统观念，因而被称为统观念，因而被称为“第四代聚合

2、物第四代聚合物”。它既具有金属和半导体的导电特性，又它既具有金属和半导体的导电特性，又保留了聚合物的轻质、柔性和可加工的保留了聚合物的轻质、柔性和可加工的特色。这种材料在光电子器件、传感技特色。这种材料在光电子器件、传感技术、分子电子学和纳米器件以及驱动器术、分子电子学和纳米器件以及驱动器件等方面具有潜在的应用前景。件等方面具有潜在的应用前景。 金属态聚乙炔掺杂碘薄膜状聚乙炔粉末状聚乙炔第一种导电聚合物的合成2000年，诺贝尔化学奖颁给了导电聚合物的三位发明者，美国宾夕法尼亚大学马克迪尔米德教授、另一位美国科学家黑格尔教授以及日本科学家白川英树教授。第一种导电聚合物-聚乙炔的发明者 导电聚乙炔

3、发现之后 ， 人们又相继发现聚吡咯( P P y ) 、 聚苯胺( P An ) 、 聚噻吩( P T h ) 、 聚对苯( P P P) 、 聚对苯撑 乙烯( P P V) 等共轭聚合物掺杂后都具有导电性 ,从而大大拓宽了导电聚合物的研究范围.导电聚合物的发展Molecular structures of common conjugated polymers纳米导电聚合物材料 所谓纳米结构是指在空间有两维或两维以上处于纳米尺度的材料。具有纳米结构的导电高分子材料包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩的纳米粒子、一维纳米线(管) 、二维平面材料以及三维纳米结构。作为具有纳米结构的导电高分子除了具有导电聚合

4、物的性质外 ， 还具有一些特殊的传感能力比普通聚苯胺提高三个数量级 。因 此， 研究导电聚合物的纳米结构将具有重要的意义， 它将在化学、 物理学、 电子学、 光学、 材料学以及生物医学等许多领域都有广泛应用 。 二 纳米聚合物的结构特点及导电机理1 纳米聚合物的结构特点 导电聚合物是完全不同于由金属或碳粉末与聚合物共混而制成的 导电塑 料， 它 除 了具有 聚合 物 结构 外， 还 含有 由掺 杂引 入 的一价 对 阴离 子( p 型 掺 杂) 或 对阳离 子 ( n 型掺杂 所 以通 常导 电聚合物 的结构 分 为聚合 物链 和 与链非 键合 的一 价对 阴 离子 或对 阳离 子两 部分 组

5、 成 。 导 电聚合物 除 了具有高 分子本 身 特性 之外 ， 还 兼具 了因掺 杂而带 来 的半导体或 导体 的特性 。 二 纳米聚合物的结构特点及导电机理2导电聚合物的导电机理 各 种 导电 聚合 物 的导 电机 理不 尽相 同， 下 面仅 以碘 掺 杂 的聚 乙炔 的导 电机 理 为例， 对导 电聚合物的导电机理进行分析 众所 周 知， 电 子云 结构 较松 散 ， 当聚 乙炔 暴露 在碘 蒸 气 中， 易被 碘 氧化 而 失 去电 子 ， 成 为 正离 子 自由基( 也 称为极 化子) 。正离 子 自由基 中 的单 个 电子是 不稳定 的， 很 容易 与相邻 的双键中的一个 电子形成

6、新 的双键 ， 产生 新 的正离 子 自由基 ， 而新 的正 离子 自由基 中 的单电子 又 会形 成 新 的 双键 ， 产生 新 的正离子自由基 ， 这样 沿着链 的方向依次传 递下 去 电 子就在 整个共 轭链上流 动起 来 。可 见，正是 碘的掺 杂 引发了电荷在 整个共 轭链上的传 递 。 三 导电聚合物微米/纳米结构的合成方法模板法无模板自组装法电纺丝法以某些特殊形貌的材料作为反应或加工的模板， 合成具有相对应形貌的目标材料的方法。模板法所用的的模板通常有多孔材料、 纳米纤维。自组装是利用分子间的氢键、范德瓦耳斯力和配位键等弱相互作用，通过自发过程， 形成管线、球等复杂结构及二维和三

7、维有序结构聚合物溶液被装入纺丝容器内，在高压电场作用下，聚合物液体从喷丝嘴喷射出去， 形成细流。由于电荷的排斥作用， 细流发生劈裂，同时溶剂挥发，于是形成微米 纳米纤维并沉积在收集电极上。 模板法制备的聚吡咯 、 聚噻吩和聚苯胺纳米管 纳米线( a ) 聚吡咯纳米管的透射电镜照片； ( b) 聚吡咯纳米线的扫描电 镜照片； ( C ) 聚噻吩纳米线的扫描电镜照片； ( d ) 聚苯胺纳米管 的扫描电镜照片 无模板法制备的( a ) 聚苯胺纳米管( b ) 聚吡咯纳米管 纳米线 ( c ) 聚苯胺微米球 电纺丝技术制备的聚苯胺纳米纤维( 平均直径 1 3 9 n m)应用应用1 应用于电致发光、 太阳能电池、 场效应晶体管和非 线性光学器件等方面。2 其掺杂后表现出较高的电导率，可以应用于防静电涂 层、电磁屏蔽和微波吸收等方面。3 导电聚合物的掺杂-脱掺杂过程可逆， 可以应用于制备 二次电池、 人工肌肉、 电子鼻和防腐材料等。 导电聚合物微米 纳米结构在电学、 力学、 气体