导电高分子材料论文

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1、导电高分子材料的研究进展摘要：介绍了导电高分子材料的概念、分类、导电机理、应用领域及其与传统导电材料比较，导电高分子材料的特点。综述了近几年具有发展前景的几种导电高分子材料的研究状况，并对前景进行了展望。关键词：导电高分子；导电机理；应用；发展方向1.导电高分子1.1导电高分子材料的研究进展高分子材料自问世至今，已经有一百多年的历史。1856年硝化纤维作为第一个塑料专利问世，20世纪60年代；许多性能优良的工程塑料相继投入工业化生产；20世纪80年代，材料科学已渗透各个领域，可以说已经进入高分子时代。大多数高分子材料都是不导电的，因而高分子材料被广

2、泛地作为绝缘材料使用。1862年，英国Letheby在硫酸中电解苯胺而得到少量导电性物质；1954年，米兰工学院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4为催化剂制得聚乙炔；1970年，科学家发现类金属的无机聚合物聚硫氰(SN)x具有超导性，有机高分子与无机高分子导电聚合物的开发研究合在一起开始了探寻之旅。1974年日本筑波大学H.Shirakawa在合成聚乙炔的实验中，偶然地投入过量1000倍的催化剂，合成出令人兴奋的有铜色的顺式聚乙炔薄膜与银白色光泽的反式聚乙炔。1980年，英国Durham大学的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。1983年

3、，加州理工学院的H.Grubbs以烷基钛配合物为催化剂将环辛四烯转换了聚乙炔，其导电率达到35000S/m，但是难以加工且不稳定。1987年，德国康采思巴斯夫公司BASF科学家N.Theophiou对聚乙炔合成方法进行了改良，得到的聚乙炔电导率与铜在同一数量级，达到107S/m。导电高分子材料的研究和发展开始逐渐走向成熟，并且亟待着可以走向应用领域。1.2导电高分子的定义导电高分子又称为导电聚合物，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。导电高分子材料是一类兼具高分子特性及导电体特征的高分子材料。1.3

4、导电高分子的分类从美国科学家A．P．Heeger和Macdiarmid发现聚乙炔(Polyacetylene)有明显的导电性后，研究、开发高分子材料的导电性及其应用取得了突飞猛进的进展，导电高分子材料已经在功能高分子材料及导电体中占有重要的地位。按结构和制备方法不同，可将导电高分子材料（CPs）分为复合型与本征（结构）型两大类。结构性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。复合型导电高分子是在本身不具备导电性的高分子材料中掺混入

5、大量导电物质，如炭黑、金属粉、箔等，通过分散复合、层积复合、表面复合等方法构成的复合材料。根据电荷载流子的种类，导电聚合物被分为电子导电聚合物和离子导电聚合物：以自由电子或空穴为载流子的导电聚合物称为电子导电聚合物，电子导电型聚合物的共同特征是分子内含有大的线性共轭π电子体系。以正、负离子为载流子的导电聚合物被称为离子导电聚合物。离子导电聚合物的分子具有亲水性、柔性好，允许体积较大的正、负离子在电场作用下在聚合物中迁移的特性。1.导电机理2.1本征型导电高分子材料的导电机理本征型导电高分子材料是由具有共轭π键的聚合物，经化学或电化学“掺杂”后形成导

6、电，导电性显示强烈的各向异性，通过大分子π键电子云交叠形成导带，共轭分子键的方向就是导电方向。从导电载流子的种类来看，又被分为电子型和离子型两类。电子型导电高分子材料指的是以共轭π键大分子为主体的导电高分子材料，导电的载流子是电子（空穴）或孤子。离子型导电高分子材料通常又叫高分子固体电解质，其导电时的载流子主要是离子。高分子聚合物导电必须具备两个条件：（1）要能产生足够数量的载流子（电子、空穴或离子、孤子等）；（2）大分子链内和链间要能够形成载流子导体通道。W.P.Su.J.R.Schrieffer和A.J.Heeger于1979年提出孤子理论。根

7、据这一理论，孤子、极化子和双极子化被视为导电高分子的导电载流子。实验证实，“掺杂”是氧化还原过程，其实质是电荷转移；其次，导电高分子的“掺杂”量很大，可高达50%；再次，导电高分子有“脱掺杂”过程，而且“掺杂-脱掺杂”过程完全可逆。“掺杂”所用方法包括化学方法、电化学方法以及无离子引入的暂态掺杂法。但是无论在掺杂实质、掺杂量、掺杂后形成的载流子性质、掺杂/脱掺杂可逆等方面与无机半导体的“掺杂”概念有本质的差异。2.2电子导电高分子材料的导电机理电子导电聚合物的载流子是电子和空穴，这些电子应具有离域或移动的能力，因此，作为导电高分子的必要条件是分子内

8、部具有跨键离域移动能力的电子或空穴，其结构应有大的共轭体系。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