2010导电高分子课件.ppt

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1、导电性高分子材料1高分子材料通常属于绝缘体的范畴。有机高分子材料导电？2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，有机高分子不能作为导电材料的概念被彻底改变。3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，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。4导电性有机高分子材料的作用？5导电高分子兼具

2、有机高分子材料的性能及半导体和金属的电性能，具有重量轻，易加工成各种复杂的形状，稳定性好及电阻率可在较大范围内调节等特点，可满足了人们对导电材料的需要。近几年来，导电性高分子的研究取得了长足的发展，形成了一个十分活跃的边缘学科领域，它对电子工业、信息工业及新技术的发展具有重大意义。6导电高分子静电保护电磁屏蔽金属化印刷电路电致发光设备（二极管、晶体管）金属防腐导电高分子的应用7导电机理与结构特征电子导电型聚合物的结构特征:分子内有大共轭π电子体系，给载流子-自由电子提供离域迁移的条件。离子导电型聚合物的

3、分子有亲水性,柔性好，在一定温度条件下有类似液体的性质,允许相对体积较大的正负离子在电场作用下在聚合物中迁移。氧化还原型导电聚合物在聚合物骨架上带有可进行可逆氧化还原反应的活性中心。8目前已知的电子导电聚合物，除了早期发现的聚乙炔，大多为芳香单环、多环、以及杂环的共聚或均聚物。9聚并苯热解聚丙烯腈结构型（本征型）导电高分子10共轭体系的导电机理由于双键π电子的非定域性，共轭聚合物大都表现出一定的导电性。结构型导电高分子的导电形式——电子导电11按量子力学的观点，具有本征导电性的共轭体系必须具备两条件：第

4、一，分子轨道能强烈离域；第二，分子轨道能互相重叠。在共轭聚合物中，电子离域的难易程度，取决于共轭链中π电子数和电子活化能的关系。12共轭聚合物的分子链越长，π电子数越多，电子活化能越低，电子越易离域，导电性越好。共轭链中存在的取代基对导电性的影响？13当共轭链中存在取代基或强极性基团时，往往会引起共轭链的扭曲、折叠等，从而使π电子离域受到限制。π电子离域受阻程度越大，则分子链的电子导电性就越差。14聚烷基乙炔脱氯化氢聚氯乙烯聚烷基乙炔和脱氯化氢聚氯乙烯，都是受阻共轭聚合物的典型例子。σ＝10-15～10

5、-10Ω-1·cm-1σ＝10-12～10-9Ω-1·cm-1顺式聚乙炔σ=10-7Ω-1·cm-1如：15聚苯撑σ＝10-3Ω-1·cm-1聚并苯σ＝10-4Ω-1·cm-1热解聚丙烯腈σ＝10-1Ω-1·cm-1反式聚乙炔，聚苯撑、聚并苯、热解聚丙烯腈等，都是无阻共轭链的例子。16顺式聚乙炔反式聚乙炔σ=10-3Ω-1·cm-1σ=10-7Ω-1·cm-1顺式聚乙炔电导率低于反式聚乙炔：其分子链发生扭曲，π电子离域受到一定阻碍。17尽管共轭聚合物有较强的导电倾向，但电导率并不高。反式聚乙炔有较高的电

6、导率，是由于聚合催化剂残留所致。如果完全不含杂质，聚乙炔的电导率也很小。共轭聚合物的掺杂及导电性问题。18在聚乙炔中添加碘或五氧化砷等电子受体，π电子向受体转移，电导率可增至104Ω-1·cm-1，达到金属导电的水平。由于聚乙炔的电子亲和力很大，也可以从电子给体的碱金属接受电子而使电导率上升。因添加电子受体或电子给体而提高电导率的方法称为“掺杂”。19问题：掺杂剂？掺杂方法？掺杂量？20(1)电子受体卤素：Cl2，Br2，I2，ICl，ICI3，IBr，IF5路易氏酸：PF5，As，SbF5，BF3，B

7、CI3，BBr3，质子酸：HF，HCl，HNO3，H2SO4，HCIO4，过渡金属卤化物：TaF5，WFs，BiF5，TiCl4，ZrCl4，MoCl5，FeCl3过渡金属化合物：AgClO3，AgBF4，H2IrCl6，La(NO3)3，Ce(NO3)3掺杂剂主要品种：21有机化合物：四氰基乙烯（TCNE），四氰代二次甲基苯醌（TCNQ），四氯对苯醌、二氯二氰代苯醌（DDQ）(2)电子给体碱金属：Li，Na，K，Rb，Cs。电化学掺杂剂：R4N+，R4P+（R＝CH3，C6H5等）。22掺杂的方法：化

8、学法：气相掺杂、液相掺杂、电化学掺杂、光引发掺杂等，物理法：离子注入法等。23掺杂量：共轭聚合物的掺杂与无机半导体掺杂不同，其掺杂浓度可以很高，最高可达每个链节有0.1个掺杂剂分子。随掺杂量的增加，电导率可由半导体区增至金属区。聚乙炔链节：－CH=CH－24聚乙炔电导率与掺杂剂浓度的关系聚乙炔电导活化能与掺杂剂浓度的关系聚乙炔中掺杂剂含量从0增加到0.01时，其电导率增加7个数量级，电导活化能则急剧下降。25除聚乙炔、聚苯撑、聚并苯、聚吡咯