高分子材料科学

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1、第七章功能高分子材料§导电高分子材料§医用功能高分子材料§可降解高分子材料定义和分类一般说来，利用其力学性能的高分子，称为一高分子，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等；而利力学性能以外性能的高分子，具有声、光、电、磁、热、化学、生物等功能及转换功能的材料，叫做功高分子（FP,FunctionalPolymer）。功能高分子一般带有官能团，化学结构较复因此，难以按化学结构来分类，一般按照其功能来类。功能高分子分类°化学功能包括离子交换、催化、氧化还原、光聚合、光交联、光分解、光降解、固体电解质、微生物分解等功能。°物理功能包括

2、导电、热电、压电、电磁波的透过吸收、反射、热电子放射、超导、形状记忆、超塑性、低温韧性、磁化、透磁、电磁屏蔽、磁记录、光致变色、偏光性、光传导、光磁效应、光弹性、耐放射线、x射线透过、x射线吸收等功能。功能高分子分类¢介于化学、物理之间或复合的功能包括吸附、膜分离、高吸水、表面活性等功能。¢生理功能包括组织适应性、血液适应性、生物体内分解非抽出性，非吸附性等功能。第一节导电高分子材料及电光技术一、材料导电能力的差异与原因电导率σ=1=1()=SmρΩ∗m绝缘体：10-18~10-7，半导体：10-7~105，导体：105

3、~108一、材料导电能力的差异与原因能带间隙(EnergyBandGap)金属E0eV，半导体E:1.0~3.5eV，绝缘体E>>3.5eVg≈gg二、导电高分子的分类离子导电（由强极性基团的解离产生的正负离子）本征型导电高分电子导电子材料复合型在高分子材料中添加导电性物质如金属、石墨三导电高分子材料的导电机理有机化合物中的σ键和π键在有机共轭分子中，σ键是定域键，构成分子骨架；而垂直于分子平面的p轨道组合成离域π键，所有π电子在整个分子骨架内运动。离π键的形成，增大了π电子活动范围，使体系能级降低、能级间隔变小，增加物

4、质的导电性能。三导电高分子材料的导电机理导电高分子材料的共同特征－交替的单键、双键共轭结构聚乙炔由长链的碳分子以sp2键链接而成，每一个碳原子有一个价电子未配对，且在垂直于sp2面上形成未配对键。其电子云互相接触，会使得未配对电子很容易沿着长链移动，实现导电能力。三导电高分子材料的导电机理半导体到导体的实现途径－掺杂(doping)在共轭有机分子中σ电子是无法沿主链移动的，而π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（还原），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

5、体。三导电高分子材料的导电机理导电高分子材料的掺杂途径氧化掺杂(p-doping):[CH]+3x/2I——>[CH]x++xI-n2n3还原掺杂(n-doping):[CH]+xNa——>[CH]x-+xNa+nn掺杂后的聚合物形成盐类，产生电流的原因并不是碘离子或钠离子而是共轭双键上的电子移动。三导电高分子材料的导电机理掺杂导电高分子材料的导电机理碘分子从聚乙炔抽取一个电子形成I－，聚乙炔分子3形成带正电荷的自由基阳离子，在外加电场作用下双键上的电子可以非常容易地移动，结果使双键可以成功地沿着分子移动，实现其导电能力

6、。三导电高分子材料的导电机理导电高分子无机半导体的掺杂的对比无机半导体中的掺杂导电高分子中的掺杂本质是原子的替代一种氧化还原过程掺杂量一般在百分之几到百分之几掺杂量极低（万分之几）十之间掺杂剂在半导体中参与导电只起到对离子的作用，不参与导电没有脱掺杂过程掺杂过程是完全可逆的聚乙炔的电导率掺杂方法掺杂剂电导率，S/m1.7×10－7顺式聚乙炔未掺杂型4.4×10－3反式聚乙炔5.5×104碘蒸汽掺杂p－掺杂型五氟化二砷掺杂1.2×105（氧化型）5×103高氯酸蒸汽1×105电化学掺杂n－掺杂型2×104萘基钾掺杂103～

7、104（还原型）萘基钠掺杂其它导电高分子材料NnHSnnpolypyrrole(PPy)polythiophene(PT)poly(phenylenevinylene)(PPV)HHNNNNnpolyaniline与聚乙炔相比，它们在空气中更加稳定，可直接掺杂聚合，电导在104S/m左右，可以满足实际应用需要。四导电高分子材料的应用－半导体/导体/可逆掺杂半导体特性的应用－发光二极管利用导电高分子与金属线圈当电极，半导体高分子在中间，当两电极接上电源时，半导体高分子将会开始发光。比传统的灯泡更节省能源而且产生较少的热，具

8、体应用包括平面电视机屏幕、交通信息标志等。发光二极管发光原理阳极发光高分子阴极透明玻璃载板阳极e-LUMO电光迁移迁移HOMOe-（－）极化子生成单重态激子辐射衰变（＋）极化子生成阴极（注入电子）（+/-极化子偶合）（注入空穴）半导体特性的应用－太阳能电池导电高分子可制成太阳能电池，结构与发光二极管相近，但机制却相反