导电高分子材料的研究进展及其应用.doc

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1、导电高分子材料的研究进展及其应用摘要：本文讲述了导电高分子材料的起源、分类以及特点。综述了导电高分子材料的研究进展及其在各个领域的应用。关键词导电高分子研究进展应用一、引言1958年Natta等人合成了聚乙炔，但是当时并没有引起其他科学家的足够重视。自从1977年美国科学家黑格（A.J.Heeger）和麦克迪尔米德（A.G.MacDiarmid）和日本科学家白川英树（H.Shirakawa）发现掺杂聚乙炔（Polyacetylene,PA）具有金属导电特性以来[1]，有机高分子不能作为电解质的概念被彻底改变。现在研究的有聚乙炔(Polyacetylene,PAC)、聚吡咯(Polypyrr

2、oles,PPY)、聚噻吩(Polythiophenes,PTH)、聚苯胺(Polyaniline,PAN)、聚对苯(Polyparaphenylene,PPP)、聚并苯(Polyacenes,PAS)等,具有许多特殊的电、光、磁和电化学性能。也因此诞生了一门新型的交叉学科-导电高分子。这个新领域的出现不仅打破了高分子仅为绝缘体的传统观念,而且它的发现和发展为低维固体电子学,乃至分子电子学的建立和完善作出重要的贡献,进而为分子电子学的建立打下基础,而具有重要的科学意义。所谓导电高分子是由具有共轭∏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

3、粉末与高分子共混而制成的导电塑料。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源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件,以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术上有着广泛、诱人的应用前景。因此,导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。经过近30多年的发展，导电高分子已取得了重要的研究进展。二、导电高分子材料的分类按照材料结构和制备方法的不同可将导电高分子材料分为两大类:一类是结构型(或本征型)导电高分子材料,另一类是复合型导电高分子材料。2.1结构型导电高分子结构型导电高分子材料是指本身具有导电性或经掺杂后具有导电性的聚合物材料，也称作本征型导电高分子材料，是由具有共轭∏键

4、或部分共轭∏键[2]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，如聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PAn)、聚乙炔(PA)等。不需掺杂的结构型导电高分子材料至今只有聚氮化硫一类，而大多数均需采用一定的手段进行掺杂才能具有较好的导电性[3]。在众多导电高分子中，聚苯胺由于原料易得、合成简便、耐高温及抗氧化性能良好等优点而受到广泛的关注，是目前公认的最具有应用潜力的导电高分子材料之一。聚苯胺的电导率掺杂前后相差近10个数量级，而许多特殊的光学性质也受掺杂度影响，因此掺杂一直是聚苯胺研究中的重点。随着电化学表面等离子共振仪(ESPR)和电化学石英微天平(EQCM)等技术的应

5、用，聚苯胺掺杂研究正逐步从定性走向定量，Baba[4]和Damos[5]分别在实验中利用ESPR和EQCM技术研究掺杂聚苯胺纳米薄膜的光学特性，获得了聚苯胺薄膜电致变色特性的相关数据，证明了掺杂聚苯胺纳米薄膜的光学行为严格遵循Sauerbray方程，并在薄膜中质子电导占优势时表现显著。纳米金属颗粒和高价金属盐等无机材料在聚苯胺中的掺杂研究也正受到广泛关注。Azeveddl[6]制备了高铁酸银盐掺杂的聚苯胺复合薄膜，并考察了所制备薄膜的光学性能，通过紫外一可见一红外光谱和循环伏安法测试表明，经掺杂的聚苯胺复合薄膜具有良好的光活性。聚噻吩及其衍生物具有很高的化学和电化学稳定性,其掺杂水平较高,

6、而且掺杂和去掺杂过程可逆,所以在导电聚合物中占有重要地位。聚噻吩类聚合物的合成最常用的有两种方法:化学合成法和电化学合成法。由于聚噻吩自身不溶不融，导致运用这两种方法合成时，都存在着一定的局限，如合成过程较为复杂或者聚合物加工困难，这些都限制了对聚噻吩的深入研究。近年来越来越多的人更关注于用浸渍聚合/原位沉积的方法来制备导电薄膜。这种简单快速且直接的沉积方法不需要特殊的仪器,可低成本的在不同基质(如聚酯(PET)、玻璃、硅、聚四氟乙烯等)上制备平滑连续的导电聚噻吩膜,并且随着沉积时间的延长膜的厚度也随之增加。王炜，李大峰等人用原位沉积的方法不仅制备出了不同酸掺杂的聚苯胺涂层,也制备出了聚噻

7、吩膜及含不同烷基侧链的聚噻吩衍生物涂层膜,并对其形貌、导电性以及在改善蛋白吸附和细胞的黏附、增殖等方面做了研究报道[7]聚吡咯纳米复合材料是近年来出现的一种新型纳米材料,它不但保持了聚吡咯的多种特性,而且获得了基体材料良好的力学性能,性能与成本都得以优化。聚吡咯/无机物纳米复合材料是将无机粒子加到导电高聚物中制备的复合材料。这种材料不但解决了导电聚合物的加工性问题,而且还可将高分子自身的导电性与纳米颗粒的功能性聚于一体，