第三章导电高分子材料

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1、一、概述二、复合型导电高分子材料三、电子导电型高分子材料四、离子导电型高分子材料五、氧化还原型导电聚合物六、有机超导体内容提要一、概述按照电学性能物质可分为绝缘体、半导体、导体和超导体四类：电导率,s/cm（西门子/厘米）绝缘体<10-10半导体10-10~102导电体>102超导体通常，聚合物材料属于绝缘体范畴。标志性进展：1978年日本筑波大学H.Shirakawa（白川英树）宾夕法尼亚大学A.G.MacdiarmidA.H.Heeger发现：聚乙炔薄膜经AsF5或I2掺杂后呈现明显的金属特性，电导率可达103

2、S/cm，比未掺杂前提高了十几个数量级。有机聚合物不能作为导电介质的观念被打破，全世界范围内掀起了导电高分子的研究热潮。黑格（AlanJ.Heeger，1936～）小传1936年12月22日生于美国衣阿华州1957年毕业于内布拉斯加大学物理系，获物理学土学位1961年获加州大学伯克利分校物理博士学位。1962年至1982年任教于宾夕法尼亚大学物理系，1967年任该校物理系教授。后转任加利福尼亚大学圣芭芭拉分校物理系教授并任高分子及有机固体研究所所长20世纪70年代末，在塑料导电研究领域取得了突破性的发现，开创导电聚合物这一崭新

3、研究领域1990年创立UNIAX公司并自任董事长及总裁2000年，因在导电聚合物方面的贡献荣获诺贝尔化学奖1-1、导电的基本概念根据欧姆定律，当对试样两端加上直流电压V时，若流经试样的电流为I，则试样的电阻R为：电阻的倒数称为电导，用G表示：1-1、导电的基本概念电阻和电导的大小不仅与物质的电性能有关，还与试样的面积S、厚度d有关。实验表明，试样的电阻与试样的截面积成反比，与厚度成正比：同样，对电导则有：1-1、导电的基本概念上两式中，ρ称为电阻率，单位为（Ω·cm），σ称为电导率，单位为（Ω-1·cm-1）。显然，电阻率和电

4、导率都不再与材料的尺寸有关，而只决定于它们的性质，因此是物质的本征参数，都可用来作为表征材料导电性的尺度。在讨论材料的导电性时，更习惯采用电导率来表示。1-1、导电的基本概念材料导电率范围材料电导率/Ω-1·cm-1典型代表绝缘体＜10-10石英、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯半导体10-10～102硅、锗、聚乙炔导体102～108汞、银、铜、石墨超导体＞108铌(9.2K)、铌铝锗合金(23.3K)、聚氮硫(0.26K)1-2、聚合物导电的类型复合型导电高分子材料(compositeconductivepolymers)本

5、征性导电高分子材料(结构型导电高分子)(intrinsicconductivepolymers)高分子超导材料(Superconductor)复合型导电高分子材料(compositeconductivepolymers)由普通高分子结构材料与金属或碳等导电材料，通过分散、层合、梯度复合、表面镀层等复合方式构成。导电能力取决于导电材料的性质、粒度、化学稳定性、宏观形状等因素。特点：制备简单、成本较低聚合物连续相主要起支撑作用1-2、聚合物导电的类型1-2、聚合物导电的类型与结构型导电高分子不同，在复合型导电高分子中，高分子材

6、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导电性的物质如炭黑、金属氧化物、金属粉末等获得的。由于它们制备方便，有较强的实用性，因此在结构型导电高分子尚有许多技术问题没有解决的今天，人们对它们有着极大的兴趣。复合型导电高分子用作导电橡胶、导电涂料、导电粘合剂、电磁波屏蔽材料和抗静电材料，在许多领域发挥着重要的作用。1-2、聚合物导电的类型本征性导电高分子材料(结构型导电高分子)(intrinsicconductivepolymers)——高分子本身具备传输电荷的能力。电子导电聚合物（载流子为自由电子

7、）离子导电聚合物（载流子为能在聚合物分子间迁移的正负离子）氧化还原型导电聚合物（以氧化还原反应为电子转移机理）1-2、聚合物导电的类型结构型导电高分子本身具有“固有”的导电性，由聚合物结构提供导电载流子（包括电子、离子或空穴）。这类聚合物经掺杂后，电导率可大幅度提高，其中有些甚至可达到金属的导电水平。1-2、聚合物导电的类型迄今为止，国内外对结构型导电高分子研究得较为深入的品种有聚乙炔、聚对苯硫醚、聚对苯撑、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及TCNQ传荷络合聚合物等。其中以掺杂型聚乙炔具有最高的导电性，其电导率可达5×103～10

8、4Ω-1·cm-1（金属铜的电导率为105Ω-1·cm-1）。1-2、聚合物导电的类型目前，对结构型导电高分子的导电机理、聚合物结构与导电性关系的理论研究十分活跃。应用性研究也取得很大进展，如用导电高分子制作的大功率聚合物蓄电池、高能量密度电容器、微波吸收材料、电致变色材料，