《导电高分子》PPT课件.ppt

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1、第四章导电高分子4.1概述4.2结构型导电高分子4.3复合型导电高分子第四章导电高分子4.1概述4.1.1导电高分子的基本概念物质按电学性能分类可分为绝缘体、半导体、导体和超导体四类。高分子材料通常属于绝缘体的范畴。但1977年美国科学家黑格（A.J.Heeger）、麦克迪尔米德（A.G.MacDiarmid）和日本科学家白川英树（H.Shirakawa）发现掺杂聚乙炔具有金属导电特性以来，有机高分子不能作为导电材料的概念被彻底改变。导电性聚乙炔的出现不仅打破了高分子仅为绝缘体的传统观念，而且为低维固体电子学和分子电子学的建立打下基

2、础，而具有重要的科学意义。上述三位科学家因此分享2000年诺贝尔化学奖。第四章导电高分子2000年10月9日，瑞典皇家科学会宣布将今年的诺贝尔化学奖授予让塑料变成导电体的三位化学家：他们是美国加州大学的物理学教授AlanJ·Heeger，美国费城宾夕法尼亚大学的化学教授AlanG·MacDiarmid，日本筑坡大学的化学教授HidekiShirakawa。瑞典皇家科学会在新闻公报中说，我们已习惯于科学发现对我们的思维方式的巨大冲击，今年的诺贝尔化学奖也不例外。我们一直认为塑料是绝缘体，但是，获2000年诺贝尔奖的化学家们却告诉我们，

3、在一定的条件下，塑料可以像金属一样导电。他们的发明为高技术器件如手机的彩色显示屏、用计算机识别的商品用塑料电子标签等的发展铺平了道路。同时还使分子计算机、廉价并广泛使用的太阳能电池的制造成为可能。2000年诺贝尔化学奖得主美国物理学家Heeger1936.12.22日生于美国衣阿华州美国化学家MacDiarmid1927.4.14(新西兰)-2007.2.7日本化学家Shirakawa1936在吉大建设了以他的名字命名的实验室导电聚合物的发现70年代初，日本化学家Shirakawa发现他可用一种新方法合成多炔，并可以在反应器内部出现

4、的黑色的多炔薄膜上控制顺式和反式两种结构的比例。在一次偶然而又充满运气的失误中，Shirakawa向原料中多加入1000倍的催化剂，结果让Shirakawa非常吃惊：一层美丽的银色薄膜出现了。Shirakawa为他自己的发现所激励。这层银色的薄膜是由反式多炔组成，在不同温度下所进行的相应的反应中出现了紫铜色的薄膜。紫铜色的薄膜是由顺式多炔组成。这种通过变化T和cCat来控制组成的方法后来成为发展聚合物导电体的决定性因素。这时，在世界的另外一个地方，美国化学家MacDiarmid和物理学家Heeger正在用无机聚合物氮化硫形成的类似金

5、属的薄膜进行实验。MacDiarmid认为他们的发现起源于日本东京的一个学术交流会。如果没有这次会议，以及MacDiarmid在会议的咖啡休息时间很偶然地碰见了Shirakawa，也许这个故事到此就已结束了。当MacDiamid得知Shirakawa发现了由有机聚合物形成的闪光薄膜后，他邀请Shirakawa到费城宾夕法尼亚大学访问。他们着手通过碘蒸气氧化改良了多炔。Shirakawa知道在氧化过程中多炔的光学性质会发生改变．MacDiamid建议请物理学家Heeger来看一看这个膜。Heeaer让他的一位学生来测量这一薄膜的导电性

6、，这个学生经测量发现，这个掺杂了碘的反式多炔薄膜的导电性增加了上千万倍!1977年夏天，Heeger、MacDiamid和Shirakawa以及其他合作的同事共同将他们的发现写成题为“合成导电的有机高分子：多炔的卤素衍生物”论文，发表在英国皇家学会出版的《化学会志》(theJeurnalofChemicalSociety，Chemical．Communications)。这一发现是一个伟大的突破，从此以后，这一领域的发展突飞猛进，并产生了许多新的激动人心的应用。有科学家说：“现在研究更集中在半导体高分子上。但所有这一切都基于科学家们

7、早期的基础概念。”聚合物成为具有金属性质的第一个条件是聚合物具有共轭双键，既组成聚合物的分子由单、双键交替组成。还必须是通过氧化过程移走材料中的电子，或是在材料中加入电子，这一过程被称之为掺杂。第四章导电高分子所谓导电高分子是由具有共轭π键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。它完全不同于由金属或碳粉末与高分子共混而制成的导电塑料。通常导电高分子的结构特征是由有高分子链结构和与链非键合的一价阴离子或阳离子共同组成。即在导电高分子结构中，除了具有高分子链外，还含有由“掺杂”而引入的一价对阴离子（p型掺杂

8、）或对阳离子（n型掺杂）。第四章导电高分子导电高分子不仅具有由于掺杂而带来的金属特性（高电导率）和半导体（p和n型）特性之外，还具有高分子结构的可分子设计性，可加工性和密度小等特点。导电高分子具有特殊的结构和优异的物理化学性能使它在能