导电材料中的化学.doc

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1、导电材料发展史及其发展趋势【摘要】文章概述了导电材料的发展史，着重介绍了导电高分子聚乙炔的发展状况，介绍了几种典型导电高分子材料，列举了结构型导电高分子材料的若干应用情况，并讨论了目前导电高分子材料的发展趋势。【关键词】导电高分子；聚乙炔；导电材料；发展趋势TheHistoryandDevelopmentTrendofConductiveMaterialAbstract：Thepapersummariedthehistoryofconductivematerialandemphasizethedevelopmentofa

2、kindofconductivepolymermaterial—,introducedseveraltypicalconductivepolymermaterials,discussedthedevelopmenttrend.Keywords:conductivepolymermaterial;polyacetylene;conductivematerial;developmenttrend.1.导言图1：伏打电堆1800年，一个中年的科学家发表了一篇论文，宣传他发明了一种电的发生装置——伏打电堆，一种能够产生持续的直

3、流电的装置。在法国科学院，他表演了他的实验，拿破仑立即下令授予伏特一枚特制金质奖章，以表彰他做出的贡献，他就是伏特。1800年因为他的发明而显得不平凡：我们走进了19世纪，也走进了“电气时代”。2.人类所依赖的电经过200多年的发展，电的理论和应用已经日趋成熟，人类也越来越依赖电。曾经就有一个经济学家说：“如果没有了电，全世界都会瘫痪。”这并不是危言耸听，因为电气已经渗透到我们生活的各个领域：照明、取暖、包括我现在写论文用的计算机等等。为什么电能得到如此的发展？我认为这主要是得益于两点：1.各种电器的设计、研究。2.导电

4、材料的发展。现在，我就来谈一谈有关导电材料方面的最新进展和其对电气发展的影响。3.传统的电导体我们知道，导电现象实际上是电子定向移动的结果。因为这一点，金属材料得到了最早的应用，因为金属内部的电子可以脱离原子核的束缚，在核外自由运动，当电路中有了电流后，自由电子会向同一个方向运动，也就是形成了定向移动，这样金属就可以导电了。在相当长的一段时间里，人类都完全使用金属材料作为导体。图2：半导体中的自由电子和空穴后来经过研究，科学家们又发现半导体具有良好的导电性。当半导体两端加上外电压时,半导体中将出现两部分电流:一是自由电子

5、作定向运动所形成的电子电流,一是应被原子核束缚的价电子递补空穴所形成的空穴电流。在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电，这是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质差别。现在，半导体已经广泛地应用与高新电子产业，如晶体管、集成电路、整流器、激光器以及各种光电探测器件、微波器件等。科学的发展永不会止步，即使越来越多的导电材料被研发出来，科学家仍然会孜孜不倦地奋斗。只要能被广泛应用的零电阻材料没有被开发出来，关于导体材料的研究就一定会是化学研究的一个重头戏。而在如今，这个重头戏之中的重头戏，就是对于高分

6、子导体材料的研究。4.导电高分子的发现图3：导电高分子经常具有单双键交替的结构导电高分子材料还需要从“共轭高分子”说起。导电高分子是从七十年代末发展起来的一类新型高分子，导电高分子通过掺杂可具备一定的电导率，通过掺杂-去掺杂，可在绝缘态和导电态之间切换，同时伴随许多独特的性质共轭高分子最简单的例子是聚乙炔。它由长链的碳分子以sp2键链结而成。由于sp2键结的特性，使得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。我们可以想像，相邻原子的未配对键的电子云互相接触，会使得未配对电子很容易沿着长链移动。然而

7、，实际的情况较为复杂，未配对电子很容易和邻居配对而形成"单键-双键"交替出现的结构。这种转变称为配对化(dimerization)，物理上称为派若斯(Peirels)不稳定性。[1]图4：白川英树导电高分子最初是很偶然地被发现的，1974年日本筑波大学H.Shirakawa（白川英树）在合成聚乙炔的实验中，偶然地投入了过量1000倍的催化剂，合成了一个漂亮的银色薄膜。后来的研究发现，这薄膜就是纯度很高的顺式聚乙炔。最令人惊喜的是，这种薄膜具有比较好的电导性。这个发现打破了人们长久以来“有机物不能导电”的传统观念。随后白川

8、英树对其进行了深入的研究，他发现当聚乙炔暴露与碘蒸气中进行掺杂氧化反应后，其电导率达到了惊人的3000s/m！其反应方程式如下：为什么聚乙炔经过掺杂氧化反应后电导率就能提高这么多呢？碘分子从聚乙炔抽取一个电子形成3价碘离子，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