最新功能高分子05第4章导电高分子材料..教学讲义PPT课件.ppt

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1、功能高分子05第4章导电高分子材料..第4章导电高分子材料§4.1概述§4.2复合型导电聚合物§4.3本征型导电聚合物作业§4.1导电高分子材料概述导电高分子材料(导电聚合物)——具有明显聚合物特征，同时具有导体性质的材料。（1）复合型导电高分子材料——由普通高分子结构材料与金属或碳等导电材料，通过分散、层合、梯度复合、表面镀层等复合方式构成。其导电作用主要通过其中的导电材料完成。（2）本征型导电高分子材料——又称结构型导电高分子材料，其高分子本身具备传输电荷的能力。按其结构特征及导电机理又可分为：电子导电聚合物、离子导电聚合物、氧化还原型导电

2、聚合物。§4.2复合型导电聚合物复合型导电高分子材料是由绝缘性高分子材料和各种导电物质通过复合方式制成。导电物质：炭黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等。复合型导电高分子材料兼有高分子材料的易加工特性和金属的导电性。导电高分子优点：加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等。（与金属相比较）复合型导电高分子材料的性能取决于导电填料的种类、用量、粒度和形状。炭黑是天然的导电材料，其体积电阻率约为0.1～100Ω.cm-1。它不仅原料易得，导电性持久稳定，而且可以大幅度调整复合材料的电阻率(1～108Ω.cm-1)。由炭黑填

3、充制成的复合型导电高分子是目前用途最广、用量最大的一种导电高分子材料。金属纤维的填充量对导电性能的影响规律与炭黑填充的情形相类似。但由于纤维状填料的接触几率更大，因此在填充量很少的情况下便可获得较高的导电率。复合型导电高分子主要品种：导电塑料、导电橡胶、导电涂料等。例：40年代末添加炭黑的导电塑料由美国海军制成。特种复合技术的研究推动了此类材料的发展。复合型导电高分子材料的导电作用主要通过其中的导电材料完成。复合型导电高分子材料的结构形式：(1)分散复合结构导电性粉末、纤维分散在基体中(2)层状复合结构导电层独立存在，两面覆盖基体材料(3)表面

4、复合结构导电材料复合到基体表面(4)梯度复合结构两材料连续相间有浓度渐变的过渡层复合型导电高分子材料的性质：(1)导电性质分散相在连续相中形成导电网络(2)压敏性质材料受到外力作用时，其电性能明显变化(3)热敏性质温度变化时，材料电性能明显变化复合型导电高分子材料的应用：(1)导电性质的应用金属/环氧树脂导电胶粘剂用于电子器件的连接，抗震性能好炭黑/聚氨酯导电涂料用于设备的防静电处理、金属防腐等炭黑/硅橡胶导电橡胶用于制备动态电接触器件，计算机(2)压敏性质的应用制备各种压力传感器和自动控制装置(3)热敏性质的应用制备自控温加热器件，如加热带、

5、加热管等热敏电阻等的基本材料本征型导电聚合物，又称结构型导电高分子，其高分子本身具备传输电荷的能力。结构型导电高分子——分子结构中具有线型或面型共轭体系，经过掺杂技术后具有导电功能。如在聚乙炔中掺进1％的AsF5或I2，可使电导率提高十个数量级，成为高分子金属。掺杂的聚氮化硫在极低温度下电阻接近于零而成为超导体。§4.3本征型导电聚合物结构最简单的共轭高分子为聚乙炔，是由乙炔气体经过渡金属触媒催化聚合而得，具有如同金属般的闪亮光泽，其导电性具有半导体材料的特征。因为σ电子是无法延主链移动的，而π电子虽较易移动，但也相当定域化，因此必需再加以掺杂

6、，亦即移去主链上部分电子(氧化)或注入数个电子(还原)，这些电洞或额外电子可以在分子链上移动，使此高分子成为导电体。当聚乙炔被氧化或还原后主链上即产生自由基离子或称为极子。以卤素为氧化剂及碱金属为还原剂为例，掺杂反应式如下：氧化(正掺杂)：还原(负掺杂)：掺杂后之PA为盐类，在外加电场下对应离子I3-或Na+并不移动或做极小幅移动，但π电子却会移动而产生电流。此掺杂反应亦可以电化学方法进行。导电高分子除了聚乙炔外，尚有以下几类：杂环聚合物：聚吡咯、聚噻吩芳香族聚合物：聚对亚苯、聚苯胺不饱和碳氢及芳香族并存的聚合物：聚苯乙炔这些高分子早在1977

7、年以前即被合成出来，但到聚乙炔被发现经掺杂而大幅提高导电度之后，才被广泛研究。导电高分子的应用：各类高分子因有不同电子结构，故各具有不同光电、导电、电化学等特性，因而有不同应用方向。如引进不同机能的基团于主链及侧链，便可调节其光电特性及溶解性，扩大应用范围。未经掺杂者为半导体，经掺杂后为导体，除具有与无机半导体及导体类似的特性外，在组件制作时尚有可低温加工、可大面积化、可挠曲等特性，制作成本低、有独特的组件特性，对未来电子及信息工业将产生巨大影响。导电高分子之应用，大致可分三类：(1)半导体特性(2)导体特性(3)电化学掺杂/去掺杂的可逆性目前

8、，对结构型导电高分子的导电机理、聚合物结构与导电性关系的理论研究十分活跃。应用性研究也取得很大进展，如用导电高分子制作的大功率聚合物蓄电池、高能量密度