有机导电高分子材料

有机导电高分子材料聚苯胺聚苯胺(PAn)是目前研究最为广泛的导电高分子材料之一，具有原料易得、合成简便、耐高温及抗氧化性能良好等优点，是目前公认的最具有应用潜力的导电高分子材料之一。PAn还有独特的掺杂机制，优异的物理化学性能，良好的光、热稳定性，使其拥有许多独特的应用领域。目前正应用于许多高新技术如抗静电技术、太阳能电池、全塑金属防腐技术、船舶防污技术、传感器器件、电化学和催化材料、隐身技术、电致变色等，而且对这些技术的应用探索也已取得了重要进展，并逐步向实用化迈进，显示了PAn极其广阔且诱人的发展前景。物质的能带结构决定其电学性质，物质的能带由各分子或原子轨道重叠而成，分为价带和导带［1］。通常是价带宽度大于lO.OeV时，电子很难激发到导带,物质在室温下是绝缘体；而当价带宽度为l.OeV时，电子可通过热、振动或光等方式激发到导带，物质为半导体；经掺杂的PAn，其n成键轨道组成的价带与n反键轨道组成的导带之间的能带宽度(价带)为l.OeV左右，所以PAn有半导体特性。PAn的导电机理与其他导电高聚物的掺杂机制完全不同：它是通过质子酸掺杂，质子进入高聚物链上，使链带正电，为维持电中性，对阴离子也进入高聚物链，掺杂后链上电子数目不发生变化，其导电性能不仅取决于主链的氧化程度，而且与质子酸的掺杂程度有关。PAn用质子酸掺杂时优先在分子链的亚胺氮原子上发生质子化，生成荷电元激发态极化子，使PAn链上掺杂价带上出现空穴，即P型掺杂，使分子内醌环消失，电子云重新分布，氮原子上正电荷离域到大共轭键中，使PAn呈现出高导电性。国内外已相继开展了导电高聚物雷达吸波材料的研究，并取得了一定的进展。聚苯胺吸波材料［20］主要分为掺杂型聚苯胺吸波材料、聚苯胺/无机复合吸波材料、聚苯胺/聚合物复合吸波材料、聚苯胺微管复合吸波材料。掺杂态聚苯胺属于电损耗型介质，其吸波特性与掺杂剂、掺杂度、制备工艺等条件有密切关系，尤其是与材料的电磁性质——电磁参数有直接关系，对微波呈现较好的吸收性能，但掺杂聚苯胺仍存在吸收小、吸收频带窄等缺点，不能满足应用的需要；利用磁性物质物理再掺杂和聚苯胺化学原位聚合法把聚苯胺和高磁感软磁材料以适当的形式复合制备聚苯胺/无机复合吸波材料，具有良好的吸波特性；根据逾渗理论，可将聚苯乙烯、环氧树脂、聚氨酯、乙丙橡胶、聚酰胺等作为有机基体，利用原位聚合法和机械共混法，即由苯胺单体在母相聚合物、母相聚合物的单体存在下引发聚合或由聚苯胺与母相聚合物机械共混制备聚苯胺/聚合物复合吸波材料；聚苯胺微管具有新颖的中空结构，使其具有独特的电磁特性，并有望成为一种新型的微波吸收剂，将磁性材料与聚苯胺微管复合，以增强电磁损耗能力。经过多年的研究，在聚苯胺导电机理，掺杂机理、合成方法和性能改善等方面已经取得了丰富的成果，但是，大部分研究成果还仅仅停留在实验室阶段，聚苯胺不溶不熔，难以加工，高温下聚苯胺发生去掺杂,电导率下降等特性是其主要原因。要解决这一问题，并使聚苯胺走向实际应用，仍需要更多的努力和探索。一方面，随着对聚苯胺性能机理研究的深入，从分子结构水平进行改性，利用聚苯胺衍生物代替苯胺单体合成带侧基的聚苯胺，提高聚苯胺的溶解性；另一方面，合成聚苯胺复合