导电高分子材料

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1、ConductivePolymer导电高分子材料导电高分子01ConductivePolymerorConductingPolymerorElectroactivePolymerorSyntheticPolymer按材料的导电性分：绝缘体（insulator）半导体（semiconductor）导体（conductor）超导体（superconductor）电导率σ=1/ρ=1/(Ω*m)=S/mρ—电阻率，ρ=RS/L单位：mS/m,S/cm,μS/cm…导电高分子01Conductivity10-1610-1210-810-4100104108S/cm10-1410-

2、1010-610-2102106insulatorsemi-conductormetalConjugatedpolymercopperironsilvergermaniumsiliconglassdiamondquartz绝缘体σ<10-10半导体10-10<σ<102导体σ>102超导体σ>1020发展历程011862年：英国伦敦医学专科学校H.Letheby在硫酸中电解苯胺而得到少量导电性物质（可能是聚苯胺）。1954年：米兰工学院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4为催化剂制得聚乙炔,虽然有非常好的结晶体和规则的共轭结构，然而难溶解、难熔化、不易加工和实验测

3、定，这种材料未得到广泛利用。1970年：科学家发现类金属的无机聚合物聚硫氮(SN)x具有超导性。发展历程011975年：A.G.MacDiarmid、A.J.Heeger与H.Shirakawa合作研究，将无机导电聚合物研制与有机导电聚合物研制相结合。发现未掺卤素的顺式聚乙炔的导电率为10-8～10-7S/m；未掺卤素的反式聚乙炔为10-3～10-2S/m，而当聚乙炔曝露于碘蒸气中进行掺杂氧化反应后，其电导率可达3000S/m。G.MacDiarmidH.ShirakawaJ.Heeger艾伦·马克迪尔米德白川英树艾伦·黑格2000年获得诺贝尔化学奖发展历程011980年

4、：英国Durham大学的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。1983年：加州理工学院的RobertH.Grubbs以烷基钛配合物为催化剂将环辛四烯转换成了聚乙炔，导电率35000S/m，但难以加工且不稳定。1987年：德国BASF科学家HerbertNaarman和NicholasTheophiou在H.Shirakawa方法基础上150℃改良了合成方法，得到的聚乙炔电导率与铜在同一数量级，达107S/m。02导电高分子分类主链结构具有导电功能的高分子，一般以电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子受体或供体的掺杂后得到。(广义)导电高分子材料结构型(本征型)(狭义导电高分子

5、)复合型将碳素、金属、金属氧化物等导电粒子引入到绝缘高分子材料基材中，得到具有导电性能的多相复合体系。在较大范围内调节电学和力学性能，成本较低，易于成型和大规模生产。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，还具有分子可设计性，可加工性和密度小等特点。02导电高分子分类(聚苯亚乙烯)（PAn)02导电高分子具有π-共轭体系，经过“掺杂”后具有导电性的一类高分子材料的统称。结构通式：[P+x·xA-]n（p—型掺杂）[P-x·xA+]n（n—型掺杂）式中：P+、P-——带正电和带负电的π-共轭体系高分子链；A-、A+——一价对阴离子和一价对阳

6、离子；x——掺杂度。对阴离子和对阳离子与高分子链之间没有化学键合，仅起到正负电荷平衡的作用02导电高分子纯净无缺陷的理想π共轭结构高分子：绝缘体，不导电。导电行为的产生：激发使π共轭结构出现缺陷，最常用的方法是掺杂(doping)，其他有光激发等物理方法。导电高分子的掺杂：在π共轭结构高分子链上发生电荷转移或氧化还原反应，是实现由绝缘体向半导体、导体转变的必要途径。(CH)n+nxA→[(CH)+x·xA-1]n氧化掺杂（I2、ASF5）(CH)n+nxA→[(CH)-x·xA+1]n还原掺杂（Na、K）x——掺杂度，即高分子被氧化还原的程度；聚乙炔：x=0~0.1掺杂目

7、的：降低能带隙02导电高分子导电高分子的掺杂VS无机半导体的掺杂名称无机半导体中的掺杂导电高分子中的掺杂掺杂本质本质是原子的替代是一种氧化还原过程，通过电荷的转移实现掺杂量极低：万分之几高：一般在百分之几到百分之几十之间可逆性没有脱掺杂过程存在脱掺杂，掺杂过程是完全可逆的掺杂的结果：在聚合物的空轨道中加入电子或从占有轨道中拉走电子，从而改变原有π电子能带的能级，产生能量居中的半充满能带，减小能带间的能级差，使自由电子迁移阻力降低。电子迁移阻力降低了，就更容易导电了。02导电高分子特性1.导电率变化范围宽随掺杂度变化，可在绝缘体