最新chapter5其他高分子材料课件ppt.ppt

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1、chapter5其他高分子材料功能高分子材料高分子材料从20世纪70年代以来朝着高性能化、功能化、复合化的方向发展，一系列具有高度选择性和催化性、相转移性、光敏性、光致变色性、光导性、导电性、磁性、生物活性高分子和液晶高分子等各种功能高分子材料纷纷问世。所谓功能高分子是指对物质、能量和信息具有传输、转换和储存功能的特殊高分子。一般是带有特殊功能基团的高分子，又称为精细高分子。按照功能高分子的功能或用途所属的学科领域，可以将其分为物理功能高分子材料、化学功能高分子材料和生物功能高分子材料三大类。功能高分子材料物理功能高分子是指那些对光、电、磁、热、声、力等物理作用敏感并能够对其进

2、行传导、转换或储存的高分子材料。它包括光活性高分子、导电高分子、发光高分子、液晶高分子等。化学功能高分子是指那些具有某种特殊化学功能和用途的高分子材料，它是一类最经典、用途最广的功能高分子材料。离子交换树脂、吸附树脂、高分子分离膜、反应性高分子(或高分子试剂)和高分子催化剂是其重要种类。生物功能高分子是指具有特殊生物功能的高分子，包括高分子药物、医用高分子材料等。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

3、运动速度有关。导电高分子（涉及到简单电学知识）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：导电高分子（涉及到简单电学知识）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）。导电高分子（涉及到简单电学知识）当材料中存在n种载流子时，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。导电高分子（涉及到简单电学

4、知识）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、导体和超导体四大类。这是一种很粗略的划分，并无十分确定的界线。在本章的讨论中，将不区分高分子半导体和高分子导体，统一称作导电高分子。表5—1列出了这四大类材料的电导率及其典型代表。导电高分子（涉及到简单电学知识）表材料导电率范围材料电导率/Ω-1·cm-1典型代表绝缘体＜10-10石英、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯半导体10-10～102硅、锗、聚乙炔导体102～108汞、银、铜、石墨超导体＞108铌(9.2K)、铌铝锗合金

5、(23.3K)、聚氮硫(0.26K)导电高分子（涉及到简单电学知识）导电高分子导电高分子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。聚乙炔顺式：σ＝10-9Ω-1·cm-1反式：σ＝10-5Ω-1·cm-1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-

6、1Ω-1·cm-1导电高分子所谓导电高分子是由具有共轭π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粉末与高分子共混而制成的导电塑料。通常导电高分子的结构特征是由有高分子链结构和与链非键合的一价阴离子或阳离子共同组成。即在导电高分子结构中，除了具有高分子链外，还含有由“掺杂”而引入的一价对阴离子（p型掺杂）或对阳离子（n型掺杂）。导电高分子导电高分子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

7、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。导电高分子导电高分子的类型按照材料的结构与组成，可将导电高分子分成两大类。一类是结构型（本征型）导电高分子，另一类是复合型导电高分子。结构型导电高分子结构型导电高分子本身具有“固有”的导电性，由聚合物结构提供导电载流子（包括电子、离子或空穴）。这类聚合物经掺杂后，电导率可大幅度提高，其中有些甚至可达到金属的导电水平。导