导电高分子材料的应用

1、导电高分子材料的应用中国地质大学，材化学院，武汉430000摘要：本文简略介绍导电高分子材料的类型和部份制备方式，与介绍导电高分子材料目前的应用，如在除可用作电器元件外，还可用作二次电池的电极材料、防静电涂层及电显示材料和隐身技术等，是一类性能优良的新型功能材料。关键词：导电高分子材料复合型导电高分子材料结构型导电高分子隐身材料引言：2000年的诺贝尔化学奖得主通过研究证明了大伙儿通常以为绝缘的高分子材料在必然的条件下也能够具有导电性。从那以后，导电高分子材料这一门新兴的学科就此迅速进展，成为材料学科研究中重要的一部份。导电高分子材料因其独特的结构和物理化学性质而在很多方面取得普遍应用，例如已

2、经在隐身技术、显示器、电池、电子器件、生物医药、传感器等方面取得普遍的应用。尽管导电高分子材料的进展只有三十连年的历史，但由于这门学科本身有着极为庞大的学术价值和应用前景，因此吸引了世界各国的科学家从事该领域的研究。导电高分子材料具有如下优势：比金属导体轻，对光电具有各向异性，易于成膜加工，可利用外界条件光、电、热、压力等改变或调剂导电体的物理性质，可通过设计分子结构合成特种功能的导电性材料。导电性高分子材料可分为两大类：一类是复合型导电高分子材料，另一类是结构型导电高分子材料结构型导电高分子是指高分子本身或少量搀杂后具有导电性质，一样是电子高度离域的共钝聚合物通过适当电子受体或供体进行搀杂后

3、制得的从导电时载流子的种类来看，结构型导电高分子要紧分为两类：（1）离子型导电高分子，它们导电时的载流子主若是离子。（2）电子型导电高分子，导电时的载流子主若是电子（或空穴），主若是指共钝高分子.结构型导电高分子的要紧品种有聚乙快（PPV）、聚苯胺（PAN）、聚毗咯（PPY）、聚嚷吩（PVK）.但通常，由于导电高分子的不熔性，和环境稳固性的问题，在基础研究和技术应用上受到了极大的限制。结构型导电高分子的制备方式要紧有以下几种：化学氧化聚合法、电化学聚合法和热分解烧结新工艺等。多数聚合物也没有取得实际的应用，只有聚苯胺例外，缘故在于它的性质稳固，易于加工，易于成膜，且膜柔软，弹性好。更要紧的是价

4、钱低廉。正是由于上述优势使得聚苯胺（PAn）在工业和商业上具有普遍的应用前景。PAn由于具有良好的电性能且电导率随搀杂度的不同在必然范围内转变，但复合型材料不具有那个性质，但能够通过搀杂炭黑或金属粉达到要求，可是所在电导率范围较高，难已做到，相反PAn却能够轻易做到，利用其导电性可爱惜飞机不受雷电攻击，切在航空和航天方面具有重要意义。另外操纵导电率在10-810-2之间浇或复合在衣服的纤维表面，可起到抗静电的作用。另外，PAn的电化化学性能，Pan以强质子酸进行搀杂是可逆进程，有电子得失，故材料可发生氧化还原反映，目前已应用于运算机辅助电源、钟表、手提式工具和便携等电源。复合型导电高分子材料即

5、指聚合物为母体，与各类导电性物质：如炭黑、石墨、醐花青络合物或金属粉等，通过度散复合、层积复合或形成表面导电膜等组成的材料。复合型导电高分子通常选用物理性能适宜的合成树脂如聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂、ABS树脂和丁腊橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶等，与具有良好导电性能的超微金属、金属氧化物及炭黑、石墨等混配制成导电塑料、导电橡胶、导电涂料和导电粘合剂等。这种高分子材料起载流作用的仍是金属粉或炭黑，而合成树脂只是起着支撑体和成型器件的作用。目前，这种导电材料已在电气、无线电等工业中大量利用。另外能够用作全塑电池的电极，其体积小，重量轻，蓄电能力是常规铅酸电池的10倍，已应用于汽车

6、工业。目前，复合型导电高分子所采纳的复合方式要紧有两种：一种是将亲水性聚合物或结构型导电高分子与基体高分子进行共混，即用结构型导电聚合物粉末或颗粒与基体树脂共混，它们是抗静电材料和电磁屏蔽材料的要紧用料，其用途十分普遍，是目前最有有效价值的导电塑料.另一种那么是将各类导电填料填充到基体高分子中的导电树脂基复合材料，是以树脂为基体，添加导电纤维、颗粒、粉末、球状、块状导电体等制备而成.目前，这种导电材料已在电气无线电等工业中大量利用。如导电塑料可用作印刷电路、电热器原件、防静电材料等。导电橡胶（硅橡胶）可用作电器连接器件起到与粘点、接触面紧密贴合的作用，不仅导电性好，而且具有弹性，且抗震动和稳固

7、性均良好。导电粘合剂可用于电子管的真空导电密封，波导元件和印刷电路的制造，半导体收音机的安装和电子运算机中插件的粘合等。最近几年来这种复合型导电高分子材料的应用又有了一些新进展，如导电橡胶与非导电橡胶分层叠合后一路硫化成型就可在非导电橡胶中形成份立的导电通路，用这种材料作显示器的底座，既有电通路，又有防震、密封的作用。该产品已普遍用于数字式电子表中。在导电粘合剂方面也有很多新成绩，如在人造卫星、宇宙飞船上，几千个硅太阳能电池的安装，印刷电路与微元件的粘合确实是利用导电性粘合剂完成的。总之，这种复合型导电高分子材料已经开辟了十分普遍的应用前景3共混型复合导电高分子基体高分子与结构型导电高分子共混

8、，确实是采纳机械或化学方式将结构型导电高分子和基体高分子进行复合，这是一条使结构型导电高分子走向有效化的有效途径.可是，基体高分子的热稳固性对复合材料的导电性能也有阻碍，一旦基体高分子链发生松弛现象，就会破坏复合材料内部的导电途径，致使导电性能明显下降.通常采纳化学法或电化学法，将结构型导电高分子和基体高分子进行微观尺度内的共混，那么可取得具有互穿或部份互穿网络结构的复合导电高分子利用这一方式已经取得了PAN/聚甲醛（POM）、PPY/聚（乙烯接枝磺化苯乙烯）、PPY/聚酰亚胺（PI）等复合导电高分子。在研究进展方面，三洋化成工业公司开发的以聚醍为主的特殊嵌段共聚物与PMMA、ABS和PA等基

9、体高分子组成的共混物也具有永久抗静电成效，且相容性较好.美国Americhem公司等一起开发的PAN/PVC导电复合材料，当PAN质量含量为30%时，其体积电阻率达10-2Qcm量级，拉伸强度为4.2MPa伸长率大于250%。4填充型复合导电高分子导电填料掺入到一般的基体高分子中，经各类成型加工方式复合制得导电高分子。导电填料的品种很多，经常使用的可分成炭系和金属系两大类。炭系填料包括炭黑、石墨碳纤维和炭纳米管等；金属系要紧有铝、铜、银、铁等金属粉末、金属片和金属纤维，和镀金属的纤维和云母片等。通过实验研究将炭黑颗粒和金属纤维填充即可制成复合导电高分子。分为碳黑填充型、金属填充型、碳纤维填充型

10、、纳米型导电高分子。5其他应用以往的沉淀方式如印刷电路的制造中，第一在基板上镀上一层金属如铜，这需要电解沉淀方式完成。可是过去的沉淀方式需要催化剂，而这些催化剂往往有毒。相反，采纳聚毗咯作为预涂层，涂在基板上，能够幸免以上的问题，且无毒、加工简单、附着性好、沉淀在聚毗咯涂层上的金属层的易剥离，关键的是可实现穿孔电镀。在两电极间充以高分子固体电解质，施加一低于电极和电解质分解电位的直流电压，离子将移向一端电极，从而电解质和电极之间形成双电层，这种双电层容量大，可作为高容量的电容器。电致变色是指物质在外加电压作用下，发生电化学氧化还远而使颜色改变的进程。利用电致变色机理，可作为电致变色显示器、自动

11、调光窗玻璃等。在固体电解质中有许多材料对离子的透过具有选择性，因此能够在高分子固态电解质薄膜双侧造成某种特定离子的浓度差，通过测定由此而产生的电动势，就能够将高分子固体电解质用作离子传感材料。目前，已有效多嵌段聚醍氨醋脉与氯化钾的复合物制成了一种高分子固态离子导体涂丝氯离子的选择电极。这种电极既维持了涂丝电极的优势，同时具有没必要活化、响应速度快、重现性好、内阻小、稳固性好等优势。导电高分子材料作为吸收剂被应用。导电聚合物要紧有聚乙快、聚毗咯、聚嚷吩和聚苯胺等，这些导电聚合物的纳米微粉具有良好的吸波成效，与纳米金属吸收剂复合后吸波成效更佳。聚苯胺由于其结构的多样化，环境稳固性好、易加工、价钱低

12、廉和特殊的搀杂机制而成为导电高分子的研究热点。其已被应用于吸波材料和电磁屏蔽材料。在美国用聚苯胺制成的导电高分子屏蔽材料的屏蔽成效已达到40dB以上。我国华因科技研制的屏蔽系列涂料，在80wm时，屏蔽效能达到了40dB60dB。利用搀杂态导电高分子的导电性和半导体性，反射或吸收电磁波，已经用导电聚毗咯纤维编制成迷彩盖布，能够干扰敌方的电子侦查。在电子仪器的壳体内部或孔壁涂上导电高分子涂层可将其导电能力提高到10-1S/cm以上，以实现仪器壳体内外的电磁屏蔽作用。利用导电高分子在搀杂前后导电能力的巨大转变，实现防护层从反射电磁波到透过电磁波的切换，实现智能隐身的功能。用于热隐身的材料应具有以下大

13、体特点：具有符合要求的热红外发射率或较强的控温能力；具有合理的表面结构；具有较低的太阳能吸收率；能与其它频段的隐身要求兼容。国外研究得较多的是涂料型红外隐身材料，第二是薄膜材料。红外粘合剂及红外涂层用树脂有以下特点：必需爱惜好填料，并在涂层的整个利用期维持它们的红外特性不变；第二，树脂必需在所选光谱范围红外特性的透明，导电高分子比较符合要求，因此在红外隐身技术中取得普遍应用。结论：目前导电高分子的材料的应用范围不断增大，尤其在军事方面，从20世纪50年代起，美国开展隐身技术研究，20世纪70年代开始研制隐身飞机，80年代隐身飞机装备军队。相较之下，我国在该领域的起步较晚，随着对导电高分子材料导电机理研究的不断深切，由于导电高分子复合材料具有极强的可设计性，在隐身技术中会取得加倍充分的应用，国内必然要在此方面有所作为，进展自己的隐身技术和材料，另外也提升复合导电高分子材料在搀杂物质从而提高导电性方面的水平，减少乃至幸免飞机受到雷电攻击造成