功能高分子材料课件 第三章导电高分子材料

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1、1第三章导电高分子材料导电聚合物的结构特征（复合型、本征型）；导电聚合物的基本的物理、化学特性；导电聚合物的应用。重点内容：永久导电吸塑片材吸塑导电海绵PU导电海绵主要用于电子原器件仪器仪表的包装。本品表面电阻达到102-105Ω,本产品是无炭黑型是用导电高分子材料制成，耐水性好导电吸塑包装吹塑导电包装1概述2结构型导电高分子第三章导电高分子材料3复合型导电高分子5电活性聚合物4超导电高分子7第三章导电高分子材料1.概述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

2、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。8艾伦·黑格（1936—），1936年生于依阿华州苏城。现为加利福尼亚大学的固体聚合物和有机物研究所所长，是一名物理学教授。因有关导电聚合物的发现而成为2000年度诺贝尔化学奖三名得主之一。艾伦·G·马克迪尔米德(1927—  )，美国化学家。1927年生于新西兰，1953年取得美国威斯康星大学博士学位，

3、1955年取得英国剑桥大学博士学位，1955年至今在美国宾夕发尼亚大学担任教授，白川英树（1936—），日本著名化学家因开发成功了导电性高分子材料而成为2000年诺贝尔化学奖三名得主之一9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。黑格小传麦克迪尔米德小传白川英树小传第三章导电高分子材料10第三章导电高分子材料导电材料金属、合金导电高分子复合型本征型自由电子正负离子氧化还原电子转移载流子11第三章导电高

4、分子材料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。为此，从广义的角度来看，导电高分子可归为功能高分子的范畴。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、电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术方面有着广泛、诱人的应用前景。12第三章导电高分子材料导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。经过近三十年的研究，导电高分子无论在分子设计和材料合成、掺杂方法和掺杂机理、导电机理、加工性能、

5、物理性能以及应用技术探索都已取得重要的研究进展，并且正在向实用化的方向迈进。本章主要介绍导电高分子的结构特征和基本的物理、化学特性，并评述导电高分子的重要的研究进展。13第三章导电高分子材料1.2材料导电性的表征根据欧姆定律，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：（3—1）（3—2）14第三章导电高分子材料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：（3—3）（3—4）

6、15第三章导电高分子材料上两式中，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。16第三章导电高分子材料材料的导电性是由于物质内部存在的带电粒子的移动引起的。这些带电粒子可以是正、负离子，也可以是电子或空穴，统称为载流子。载流子在外加电场作用下沿电场方向运动，就形成电流。可见，材料导电性的好坏，与物质所含的载流子数目及其运动速度有关。

7、17第三章导电高分子材料假定在一截面积为S、长为l的长方体中，载流子的浓度（单位体积中载流子数目）为N，每个载流子所带的电荷量为q。载流子在外加电场E作用下，沿电场方向运动速度（迁移速度）为ν，则单位时间流过长方体的电流I为：（3—5）18第三章导电高分子材料而载流子的迁移速度ν通常与外加电场强度E成正比：式中，比例常数μ为载流子的迁移率，是单位场强下载流子的迁移速度，单位为（cm2·V-1·s-1）。结合式（3—2），（3—4），（3—5）和（3—6），可知（3—6）（3—7）19第三章导电高分子材料当材料中存在n种载流子时，

8、电导率可表示为：由此可见，载流子浓度和迁移率是表征材料导电性的微观物理量。（3—8）20第三章导电高分子材料材料的导电率是一个跨度很大的指标。从最好的绝缘体到导电性非常好的超导体，导电率可相差40个数量级以上。根据材料的导电率大小，通常可分为绝缘体，半导体、导体