关于导电高分子的定义,分类,特性及应用.ppt

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1、导电高分子何姣200760010907材料化学一班思考题:1.说明导电高分子的类型及其导电机理2.说明结构型导电高分子的特性3.说明结构型导电高分子的应用前景一、定义二、种类三、历史四、导电机理五、特性六、应用七、问题与挑战一、导电高分子的定义导电高分子是指其本身或经过“掺杂”后具有导电性的一类高分子材料。电导率材料导电能力的差异与原因能带间隙(EnergyBandGap)金属之Eg值几乎为0eV，半导体材料Eg值在1.0~3.5eV之间，绝缘体之Eg值则远大于3.5eV。二、种类1.复合型：普通聚合物+导电

2、粉末（如防静电塑料袋、导电胶）2.本征型：依靠分子结构导电三、导电高分子的历史1862年Lethebi——聚苯胺1973年，白川英树、Hegger、MacDiarmid——掺杂聚乙炔（电导率达102s/cm）1986年，ElsenbaumerR.L.等人得到了可溶性聚噻吩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。Ti(OC4H9)4Al(C2H5)3H－C≡C－H1000倍催化剂10－8～

3、10－7S/m10－3～10－2S/m导电高分子材料的发现1975年，G.MacDiarmid、J.Heeger与H.Shirakawa合作进行研究，他们发现当聚乙炔曝露于碘蒸气中进行掺杂氧化反应(doping)后，其电导率令人吃惊地达到3000S/m。聚乙炔的掺杂反应1980年，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BASF科学家N.

4、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。后续研究进展其它导电高分子材料与聚乙炔相比，它们在空气中更加稳定，可直接掺杂聚合，电导率在104S/m左右，可以满足实际应用需要。名称结构聚乙炔聚噻吩聚吡咯聚苯胺聚苯等本征型：四导电高分子材料的导电机理有机化合物中的σ键和π键在有机共轭分子中，σ键是定域键，构成分子骨架；而垂直于分子平面的p轨道组合成离域π键，所有π电子在整个分子骨架内运动。离域π键的形成，增大了π电子活动范围，使体系能级降低、能级间隔变小，增

5、加物质的导电性能。导电高分子材料的共同特征－交替的单键、双键共轭结构聚乙炔由长链的碳分子以sp2键链接而成，每一个碳原子有一个价电子未配对，且在垂直于sp2面上形成未配对键。其电子云互相接触，会使得未配对电子很容易沿着长链移动，实现导电能力。半导体到导体的实现途径－掺杂(doping)在共轭有机分子中σ电子是无法沿主链移动的，而π电子虽较易移动，但也相当定域化，因此必需移去主链上部分电子(氧化)或注入数个电子(还原)，这些空穴或额外电子可以在分子链上移动，使此高分子成为导电体。导电高分子材料的掺杂途径氧化掺杂

6、(p-doping):[CH]n+3x/2I2——>[CH]nx++xI3-还原掺杂(n-doping):[CH]n+xNa——>[CH]nx-+xNa+添补后的聚合物形成盐类，产生电流的原因并不是碘离子或钠离子而是共轭双键上的电子移动。掺杂导电高分子材料的导电机理碘分子从聚乙炔抽取一个电子形成I3－，聚乙炔分子形成带正电荷的自由基阳离子，在外加电场作用下双键上的电子可以非常容易地移动，结果使双键可以成功地延着分子移动，实现其导电能力。高分子材料导电能力的影响因素掺杂率对导电高分子材料导电能力的影响掺杂率小时

7、，电导率随着掺杂率的增加而迅速增加；当达到一定值后，随掺杂率增加的变化电导率变化很小，此时为饱和掺杂率。共轭链长度对导电高分子材料导电能力的影响π电子运动的波函数在沿着分子链方向有较大的电子云密度，并且随着共轭链长度的增加，这种趋势更加明显，导致聚合物电导率的增加。温度对导电高分子材料导电能力的影响对金属晶体，温度升高引起的晶格振动阻碍其在晶体中的自由运动；而对于聚乙炔，温度的升高有利于电子从分子热振动中获得能量，克服其能带间隙，实现导电过程。1.电导率范围宽五、导电高分子的特性导电高分子不仅可以掺杂,而且还

8、可以脱掺杂,并且掺杂-脱掺杂的过程完全可逆。2.掺杂-脱掺杂过程可逆3.具有电致变色性响应速度快(10-13sec)4.响应速度快六、导电高分子的应用1.发光二极---半导体特性的应用利用导电高分子与金属线圈当电极，半导体高分子在中间，当两电极接上电源时，半导体高分子将会开始发光。比传统的灯泡更节省能源而且产生较少的热，具体应用包括平面电视机屏幕、交通信息标志等。高分子发光二极管具有颜色可调、可弯曲