导电性高分子材料

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1、第二章导电性高分子材料近年来，随着集成电路和大规模集成电路的迅速发展，电磁波及静电等问题给我们的生活带来了很大损失。随着电子线路和元件越来越集成化、微型化、高速化，使用的电流为微弱电流，致使控制信号的功率与外部侵入的电磁波噪音功率相接近，因此容易造成误动作、图象障害和音响障害，妨碍警察通讯、防卫通讯、航空通讯，造成卫星总装调试障碍等等，其后果是可想而知的。导电高分子材料就是为了解决这些实际应用中的问题而发展起来的。第一节导电高分子材料概述我们通常所见到的聚合物通常是不导电的绝缘体，但自从美国科学家A.F.Heeger和Macdiarmid发现聚乙炔具有明显导

2、电性质之后，有机聚合物不能导电的观念被打破了。根据已有的制作水平，经加碘掺杂的聚乙炔的导电能力已经进入金属导电的范围，接近室温下铜的导电率。有人称其为金属化聚合物，或称合金金属，有机聚合物的电学性质从绝缘体到导体的转变促进了分子导电理论和固态离子导电理论的发展，从而引起了众多科学家的关注，成为有机化学中的研究热点。在抗静电、电磁波屏蔽以及显示材料、半导体器件等方面都取得了重大进展。1.1高聚物的导电特点“导电”就是电可以通过。这里所指的电不完全是我们常见的那种一按开关机器就能动作、电灯就能发光的那种电，它还包括弱电、静电、电磁波等日常生活中我们并不注意的一些

3、现象。材料的导电性通常是用电阻值来衡量的。金属材料是人们最熟悉的导体，它的电阻值一般在105欧姆厘米以下。对于导电高分子材料来说，根据以上所说的不同种类的电，很容易明白其电阻值应处于一个较宽的范围内。通常的划分方法是：以电阻值1010欧姆厘米为界限，在此界限以上为绝缘高分子材料，在其以下统称为导电高分子材料。材料的导电性是由于材料内部存在的带电粒子的移动引起的。这些带电粒子可以是正、负离子，也可以是电子或空穴，通常称为载流子。载流子在外加电场的作用下沿电场方向移动，就形成电流。材料导电性的好坏与物质所含的载流子的数目及其运动速度有关，载流子的浓度和迁移率是表

4、征材料导电的微观物理量。大多数高聚物都存在离子电导，那些带有强极性基团的聚合物由于本征解离，可以产生导电离子，此外在合成、加工和使用过程中，加入的添加剂、填料以及水分和其它杂质的解离，都会提供导电离子，特别是在没有共轭双键的电导率较低的非极性聚合物中，外来离子是导电的主要载流子，其主要导电机理是离子电导。在共轭聚合物、电荷转移络合物、聚合物的离子自由基盐络合物和金属有机聚合物材料中则含有很强的电子电导。如在共轭聚合物中，分子内存在空间上一维或二维的共轭键，p电子轨道相互交迭使p电子具有许多类似于金属中自由电子的特征，p电子可以在共轭体系内自由运动，分子间的迁

5、移则通过跳跃机理实现。离子电导和电子电导各有自己的特点，但在大多数高聚物中的导电性很小，直接测定载流子的种类较为困难，一般用间接的方法区分。用电导率的压力依赖性来区分比较简单可靠。离子传导时，分子聚集越密，载流子的转移通道越窄，电导率的压力系数为负值，电子传导时，电子轨道的重叠加大，电导率加大，压力系数为正值。大多数聚合物中离子电导和电子电导同时存在，视外界环境的不同，温度、压力、电场等外界条件中某一种处于支配地位。1.2导电高分子材料的分类按照材料的结构与组成，导电高分子材料可以分为结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。结构型(或称本征型)导电

6、高分子材料是高分子材料本身所“固有”的导电性，由聚合物结构提供载流子。这些聚合物经过掺杂之后，电导率大幅度提高，有些可以达到金属的导电水平。复合型导电高分子材料是指高分子材料本身不具有导电性，但在加工成型时通过加入导电性填料，如炭黑、金属粉末、箔等，通过分散复合、层基复合、表面复合等方法，使制品具有导电性，其中分散复合最为常用。结构型导电高分子材料主要有：（1）π共轭系高分子，如聚乙炔、线型聚苯、面型高聚物等。（2）金属螯合物型高分子，如聚酮酞菁等。（3）电荷移动型高分子络合物，如聚阳离子、CQ络合物。复合型导电高分子材料，即是通常所见的导电橡胶、导电塑料、

7、导电涂料、导电胶粘剂和导电性薄膜等。结构型导电高分子材料，由于成本高，应用范围受到限制。在复合型导电高分子中，高分子材料本身并不具备导电性，只充当了粘合剂的角色，导电性是通过混合在其中的物质，如炭黑等获得的。复合型导电高分子材料，因加工成型与一般高分子材料基本相同，制备方便，有较强的实用性，故已较为广泛应用。在结构型导电聚合物尚有许多技术问题的情况下，复合型导电高分子用作导电橡胶、导电涂料、电磁波屏蔽材料和抗静电材料等领域中发挥着重要作用。除上述电子导电聚合物外，还有一类称为“快离子导体”的离子导电聚合物。如聚环氧乙烷与高氯酸锂复合得到的快离子导体，导电率达

8、10－4scm－1。对含硫、氮和氰基的聚合物形成的离