导电高分子材料
导电高分子材料
什么是导电高分子的掺杂呢？
纯净的导电聚合物本身并不导电，必须经过掺 杂才具备导电性
掺杂是将部分电子从聚合物分子链中迁移出来 从而使得电导率由绝缘体级别跃迁至导体级别 的一种处理过程
导电聚合物的掺杂与无机半导体的掺杂完全不 同
导电高分子的掺杂与无机半导体的掺杂的对比
目前掺杂的方式主要有两种 ：
氧化还原掺杂 ：可通过化学或电化学手段来实现 。化学 掺杂会受到磁场的影响
遗憾的是目前为止还没有发现外加磁场对聚合物的室温电 导率有明显的影响
质子酸掺杂 ：一般通过化学反应来完成，近年发现也可 通过光诱导施放质子的方法来完成
还有掺杂—脱掺杂—再掺杂的反复处理方法，这种掺杂方 法可以得到比一般方法更高的电导率和聚合物稳定性
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导电机理与结构特征
④π价电子 两个成键原子中p电子相互重叠后产生 π键，构成π键的电子称为π价电子。当π电子孤立 存在时这种电子具有有限离域性，电子在两个原 子之间可以在较大范围内移动。当两个π键通过一 个σ键连接时，π电子可以在两个π键之间移动，这 种分子结构称为共轭π键。
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导电机理与结构特征
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。
导电高分子材料的应用
半导体特性的应用－太阳能电池
导电高分子可制成太阳电池，结 构与发光二极管相近，但机制却相反 ，它是将光能转换成电能。 优势在于 廉价的制备成本，迅速的制备工艺， 具有塑料的拉伸性、弹性和柔韧性 。
导电高分子材料的应用
导体特性的应用
抗静电 理想的电磁屏蔽材料，可以应用在计算机、电视机、起搏器等 电磁波遮蔽涂布 能够吸收微波，因此可以做隐身飞机的涂料 防蚀涂料 能够防腐蚀，可以用在火箭、船舶、石油管道等
导电高分子材料
导电高分子材料引言导电高分子材料是一类具有导电性能的高分子材料，通常通过将一定量的导电剂与高分子基体进行混合来实现。
导电高分子材料具有许多独特的性能和应用，因此在电子学、能源技术、催化剂等领域有着广泛的应用和巨大的发展潜力。
1. 导电机制导电高分子材料的导电性能主要来源于导电剂的存在。
常见的导电剂包括金属粉末、碳纳米管、导电聚合物等。
这些导电剂在高分子基体中形成导电网络，使得材料能够传导电流。
导电高分子材料的导电性能与导电剂的种类、含量、分散性以及高分子基体的性质密切相关。
2. 特殊性能与应用导电高分子材料具有许多特殊的性能，使得其在多个领域具有广泛的应用。
2.1 电子学领域导电高分子材料在电子学领域有着重要的应用，例如导电高分子材料可以用于制备有机导电薄膜晶体管（OFET），用于构建柔性显示器、智能传感器和可穿戴设备等。
导电高分子材料不仅具有良好的导电性能，还具有优秀的可拉伸性和柔韧性，能够适应各种复杂的电子设备形状。
2.2 能源技术领域导电高分子材料在能源技术领域也有广泛的应用。
例如，导电高分子材料可以用于制备柔性太阳能电池，用于光电转换、能源收集和储存等。
导电高分子材料具有较高的导电性能和光吸收性能，可以有效提高太阳能电池的能量转换效率。
2.3 催化剂领域导电高分子材料还可以作为催化剂载体，用于催化剂的载体和固定。
导电高分子材料具有较大的比表面积和多孔结构，能够提供更多的活性位点和催化反应的接触面积，从而提高催化剂的反应效率和稳定性。
3. 导电高分子材料的制备方法导电高分子材料的制备方法多种多样，常见的制备方法包括物理共混法、化学共混法、原位聚合法等。
其中，物理共混法是将导电剂和高分子基体通过物理混合来制备导电高分子材料，适用于一些导电剂与高分子基体相容性较好的体系；化学共混法是通过化学反应将导电剂与高分子基体结合，适用于一些导电剂与高分子基体相容性较差的体系；原位聚合法是在高分子合成过程中引入导电剂，使导电剂与高分子基体同时合成。
导电高分子材料
导电高分子材料所谓导电高分子是具有共轭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具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或对阳离子。
导电聚合物最引人注目的一个特点是其电导率可以在绝缘体-半导体-金属态较宽的范围里变化。
这是目前其他材料所无法比拟的。
分类，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。
结构型导电高分子的导电机理为物质的导电过程是载流子在电场作用下定向移动的过程。
高分子聚合物导电必须具备两个条件：一要能产生足够数量的载流子，二是大分子链内和链间要能够形成导电通道。
在离子型导电高分子材料中，聚醚，聚酯等的大分子呈螺旋体空间结构，与其配位络合的阳离子在大分子链段运动作用下，就能够在螺旋孔道内通过空位迁移；或被大分子溶剂化了的阴阳离子同时在大分子链的空隙间跃迁扩散。
对于电子型导电高分子材料，作为主体的高分子聚合物大多为共轭体系，长链中的Π键较为活泼，特别是与掺杂剂形成电荷转移络合物后，容易从轨道上逃逸出来形成自由电子。
大分子链内与链间Π电子轨道重叠交盖所形成的导电能带为载流子的转移和跃迁提供了通道。
在外加能量和大分子链振动的推动下，便可传导电流。
复合型导电高分子复合型导电高分子是在本身不具备导电性的高分子材料中掺混入大量导电物质，如炭黑，金属粉，箔等，通过分散复合，层级复合，表面复合等方法构成的复合材料，其中以分散复合最为常用。
与结构型导电高分子不同，在复合型导电高分子中，高分子材料本身并不具备导电性，只充当了粘合剂的角色，导电性是通过混合在其中的导电性物质如炭黑，金属粉等获得的。
由于它们制备方便，有较强的实用性，因此在结构型导电高分子尚有许多技术问题没有解决的今天，人们对他们有着极大的兴趣。
导电高分子材料通用课件
加工性能
要点一
总结词
加工性能是导电高分子材料的另一个重要性能参数，它决 定了材料在加工过程中的可加工性和加工效果。
要点二
详细描述
加工性能包括材料的熔融流动性、热稳定性、可塑性和延 展性等。良好的加工性能能够保证导电高分子材料在加工 过程中具有良好的可加工性和加工效果，从而提高材料的 实用性和生产效率。
导电高分子材料通用课件
目 录
• 导电高分子材料的导电机理 • 导电高分子材料的制备方法 • 导电高分子材料的性能参数 • 导电高分子材料的发展趋势与挑战
目 录
• 导电高分子材料在新能源领域的应 • 导电高分子材料在智能材料与器件
01
CATALOGUE
导电高分子材料简介
导电高分子材料的定义
总结词
详细描述
聚合物共混法是通过将导电高分子材料与非 导电高分子材料混合，制备成复合材料的方 法。这种方法可以充分利用各种高分子材料 的优点，制备出性能优异的复合材料，但需 要解决相容性问题，以保证良好的导电性能。
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CATALOGUE
导电高分子材料的性能参数
电导 率
总结词
电导率是导电高分子材料最重要的性 能参数之一，它决定了材料的导电能 力和效率。
物理掺杂法
总结词
通过物理方式将导电物质掺入高分子材料中， 使其获得导电性能的方法。
详细描述
物理掺杂法是一种简单易行的方法，通过将 导电物质如碳黑、石墨烯、金属纳米颗粒等 掺入高分子材料中，使其获得导电性能。这 种方法工艺简单，成本低，但导电性能受掺 杂物质种类和含量影响较大。
聚合物共混法
总结词
将导电高分子材料与非导电高分子材料混合， 形成具有导电性能的复合材料的方法。
导电高分子材料
概述一类具有导电功能（包括半导电性、金属导电性和超导电性）、电导率在10S／m 以上的聚合物材料。
[高分子导电材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜以及电导率可在十多个数量级的范围内进行调节等特点，不仅可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品，而且已成为许多先进工业部门和尖端技术领域不可缺少的一类材料。
高分子材料长期以来被作为优良的电绝缘体，直至1977年，日本白川英树等人才发现用五氟化砷或碘掺杂的聚乙炔薄膜具有金属导电的性质，电导率达到10S/m。
这是第一个导电的高分子材料。
以后，相继开发出了聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺、聚噻吩等能导电的高分子材料。
“导电高分子材料具有良好的导电性和电化学可逆性，可用作充电电池的电极材料。
利用Ppy制作的可充电电池，经300次充放电循环后，效率无下降，已达到商业应用价值。
导电性高聚物在太阳能电池上的应用也引起了广泛的关注，美国科学家Jeskocheim 利用聚吡咯和聚氧化乙烯固态电介质膜试制了光电池，可产生1mA/cm2的电流，0.35V 的电压。
尽管这种光电池目前还不如Si太阳能电池，但由于导电聚合物重量较轻、易成形、工艺简单，并能生成大面积膜，具有绿色环保的特点，因而发展前景十分诱人。
导电高分子材料还是制作超级电容器的理想材料。
如采用掺杂后的聚吡咯高分子化合物，电导率高达100 S/cm，频率特征非常出色，尤其在高频区的特性与以前电容器相比有很大改善。
经过多年世界范围内的广泛研究，导电聚合物在新能源材料方面的应用已获得了很大的发展，但离实际大规模应用还有一定的距离。
这主要是因为其加工性不好和稳定性不高造成的。
”应用概况高分子材料在很长一段时期都被用作电绝缘材料.随着不同应用领域的需要以及为进一步拓宽高分子材料的应用范围，一些高分子材料被赋予某种程度的导电性以致成为导电高分子材料.第一个高导电性的高分子材料是经碘掺杂处理的聚乙炔，其后又相继开发了聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚苯胺等导电高分子材料。
导电高分子材料
导电高分子材料导电高分子材料是一种具有导电性能的高分子材料，它在电子、光电子、信息和通信等领域具有广泛的应用前景。
与传统的金属导电材料相比，导电高分子材料具有重量轻、柔韧性好、加工成型方便等优点，因此备受研究和开发的关注。
首先，导电高分子材料的导电机理是通过在高分子基质中添加导电填料来实现的。
导电填料可以是导电碳黑、导电纳米颗粒、导电聚合物等，它们在高分子基质中形成导电网络，从而赋予材料导电性能。
同时，导电高分子材料的导电性能受填料浓度、填料形貌、填料分散性等因素的影响，因此需要在材料设计和制备过程中进行精细控制。
其次，导电高分子材料在电子领域具有重要的应用。
例如，导电高分子材料可以用于制备柔性电子器件，如柔性电子显示屏、柔性电池、柔性传感器等。
由于其轻薄柔软的特性，导电高分子材料可以实现器件的弯曲和拉伸，从而拓展了电子器件的应用场景。
此外，导电高分子材料还可以用于制备导电薄膜，用于电磁屏蔽、抗静电、防雷击等领域。
此外，导电高分子材料在光电子领域也有着重要的应用。
例如，导电高分子材料可以用于制备有机太阳能电池、有机发光二极管等光电子器件。
由于其可塑性和可加工性，导电高分子材料可以实现器件的柔性化和大面积制备，从而降低了器件的制造成本，并且有望实现可穿戴电子产品的发展。
总之，导电高分子材料具有广泛的应用前景，它在电子、光电子、信息和通信等领域都有着重要的作用。
随着材料科学和工程技术的不断发展，导电高分子材料的性能和应用将会得到进一步的提升，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
希望通过对导电高分子材料的研究和开发，能够推动材料科学和工程技术的发展，为人类社会的可持续发展做出更多的贡献。
导电高分子材料
简述：传统的高分子材料为绝缘材料,在使用时存在静电积累、电磁波干扰等危害,如用其制造的传送带,在传送煤炭的过程中易发生火灾和爆炸;油船因静电引起火灾;塑料薄膜在生产过程中常因静电发生事故。
随着大规模集成电路的迅速发展,静电及电磁波公害更加突出。
随着电子线路集成化水平的提高,电磁波的影响将会引起误动等危害。
这些问题的出现已严重阻碍了高分子材料的发展,因此,必须研制开发导电高分子材料来解决上述问题。
导电高分子材料的分类按照材料的结构与组成,可将导电高分子材料分为两大类。
一类是复合型导电高分子材料,另一类是结构型(或本征型)导电高分子材料。
一、结构导电机理所谓结构型导电高分子是高分子本身结构显示导电性, 通过离子或电子而导电。
所以, 结构型导电高分子材料又可分为电子导电高分子材料和离子导电高子材料两类。
复合型导电高分子材料复合型导电高分子材料是将各种导电性物质以不同的方式和加工工艺(如分散聚合、层积复合、形成表面电膜等)填充到聚合物基体中而构成的材料。
几乎所有的聚合物都可制成复合型导电高分子材料。
其一般的制备方法是填充高效导电粒子或导电纤维,如填充各类金属粉末、金属化玻璃纤维、碳纤维、铝纤维、不锈钢纤维及锰、镍、铬、镁等金属纤维,填充纤维的最佳直径为7Lm。
复合型导电高分子材料在技术上比结构型导电高分子材料具有更加成熟的优势,用量最大最为普及的是炭黑填充型和金属填充型。
结构型导电高分子材料结构型(又称作本征型)导电高分子是指那些高分子材料本身或经过掺杂后具有导电功能的聚合物。
这种高分子材料本身具有/固有0的导电性,由其结构提供导电载流子,一旦经掺杂后,电导率可大幅度提高,甚至可达到金属的导电水平。
从导电时载流子的种类来看,结构型导电高分子材料又被分为离子型和电子型两类。
离子型导电高分子通常又称为高分子固体电解质,它们导电时的载流子主要是离子。
电子型导电高分子指的是以共轭高分子为主体的导电高分子材料。
导电时的载流子是电子(或空穴),这类材料是目前世界导电高分子中研究开发的重点。
高分子导电材料
高分子导电材料
高分子导电材料是一类具有导电性能的材料，通常由高分子聚合物和导电填料
组成。
这种材料具有良好的导电性能和机械性能，被广泛应用于电子、光电子、能源等领域。
本文将介绍高分子导电材料的种类、性能、制备方法及应用领域。
高分子导电材料可以分为导电聚合物和导电复合材料两大类。
导电聚合物是指
在高分子聚合物中掺杂导电填料，使其具有导电性能，如聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等。
而导电复合材料是将导电填料与高分子基体进行复合，如碳纳米管、石墨烯、金属颗粒等。
高分子导电材料具有优异的导电性能，可以用于制备柔性电子器件，如柔性显
示屏、柔性电池、柔性传感器等。
与传统的硅基材料相比，高分子导电材料具有重量轻、柔性好、成本低等优点，因此在柔性电子领域具有广阔的应用前景。
制备高分子导电材料的方法多种多样，常见的方法包括溶液浸渍法、电化学沉
积法、热压法等。
这些方法可以调控导电填料的含量和分布，从而影响材料的导电性能和力学性能。
除了在柔性电子领域，高分子导电材料还被广泛应用于能源领域。
例如，用于
制备柔性锂离子电池的电极材料、柔性太阳能电池的电极材料等。
这些应用不仅需要材料具有良好的导电性能，还需要具有良好的稳定性和耐久性。
总的来说，高分子导电材料具有广泛的应用前景，特别是在柔性电子和能源领域。
随着材料制备技术的不断改进和新型导电填料的涌现，高分子导电材料将会在未来发展出更多的新应用。
希望本文的介绍能够为相关领域的研究和应用提供一定的参考和帮助。
导电高分子
导电高分子电磁屏蔽材料07高分子材料与工程袁凯20070810080122摘要导电高分子材料根据材料的组成可以分成复合型导电高分子材料(composite conductive polymers)和本征型导电高分子材料(intrinsic conductive polymers)两大类，后者也被称为结构导电高分子材料(structure conductive polymes)。
其中复合型导电高分子材料是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来完成。
本征导电高分子材料也被称为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，这种导电聚合物如果按其结构特征和导电机理还可以进一步分成以下三类：载流子为自由电子的电子导电聚合物；载流子为能在聚合物分子间迁移的正负离子的离子导电聚合物；以氧化还原反应为电子转移机理的氧化还原型导电聚合物。
后者的导电能力是由于在可逆氧化还原反应中电子在分子间的转移产生的。
由于不同导电聚合物的导电机理不同，因此各自的结构也有较大差别。
关键词导电高分子（Conductive polymer）复合型（composite）本证结构型(structure) 电磁屏蔽(Shielding)前言近年来，随着科学技术和电子工业的高速发展，各种数字化、高频化的电子电器设备在工作时向空间辐射了大量不同波长和频率的电磁波，与此同时，电子元器件灵敏度越来越高，很容易受到外界电磁干扰而出现误动、图像障碍以及声音障碍等。
电磁辐射产生的电磁干扰不仅影响到电子产品的性能实现，而且由此而引起的电磁污染会对人类和其它生物体造成严重的危害。
为解决电磁波辐射造成的干扰与泄漏，主要采用电磁屏蔽材料进行屏蔽，实现电子电器设备与环境相调和、相共存的电磁兼容环境(Electro- Magnetic Compatibility，EMC)。
导电性高分子材料-用途广泛的高分子材料(全文)
导电性高分子材料:用途广泛的高分子材料导电性高分子材料一般分为复合型和结构型两大类。
复合型导电高分子材料，它是由导电性物质与高分子材料复合而成。
这是一类已被广泛应用的功能性高分子材料。
复合型导电高分子材料分类有很多种，根据电阻值的不同可分为：半导电体、除静电体、导电体、高导电体；根据导电填料的不同可分为：抗静电剂系、碳系(炭黑、石墨等)、金属系(各种金属粉末、纤维、片等)；根据树脂的形态不同可分为：导电塑料、导电橡胶、导电涂料、导电胶粘剂、导电薄膜等；还可根据其功能不同分为：防静电材料、除静电材料、电极材料、发热体材料、电磁波屏蔽材料。
结构型导电高分子材料是有机聚合掺杂后的聚乙炔，具有类似金属的电导率。
纯粹的结构型导电高分子聚合物至今只有聚氮化硫类，其他许多导电聚合物几平均需采纳氧化还原、离子化或电化学等手段进行掺杂之后才能有较高的导电性。
其代表性产物有聚乙炔、聚对苯撑、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。
还有一种叫做热分解导电高分子，这是把聚酰亚胺、聚丙烯腈等在高温下热处理，使之生成与石墨结构相近的物质，从而获得导电性。
这些热分解导电高分子的特征是无须掺杂处理，故具有优异的稳定性。
结构型导电高分子材料主要用途是导电材料、蓄电池电极材料、光功能元件、半导体材料。
渔用无毒导电高分子防污涂料项目简介：该产品是具有导电性能的新一代无毒防污涂料，它是建立在导电高分子应用研究取得突破进展的基础上，与传统树脂复合而制成的高科技产品。
首先要制备高性能的可溶的导电高分子材料，然后再通过相应的工艺技术与传统的树脂颜填料复合。
将该种涂料涂敷于渔具（主要是聚乙烯XX线和尼龙XX线）上，具有良好的附着性能、可使渔具具有优良的抗拉、抗拆、抗冲击能力，并极富弹性。
该产品可有效地防止藻类、蛸类等海洋生物在XX上附着而堵塞XX孔，使营养和氧分能够畅通无阻地进入XX箱内，提高养殖产量和质量。
高性能导电涂料项目简介：该项目主要进行了以超细银为导电介质的导电涂料研制，采纳超细银表面原位聚合技术，使超细银介质以超细状态分散于高分子介质中，大大提高导电涂料的防沉降性和导电介质的分散均匀性，从而提高导电性，并具有卓越的电磁屏蔽效果，对300MHz－1.8GHz的电磁波屏蔽效果达80dB；解决了超细粉体及高分子基体与溶剂的相互作用关系，解决了导电涂料引起被涂基材应力开裂的关键技术，采纳低毒复合溶剂，解决了溶剂对环境和人体的污染，解决了环保型超细导电涂料产业化和应用中的重点和关键技术：导电涂料与被涂基材的相互作用关系；超细化导电涂料的大规模机器人自动化喷涂技术；超细化导电涂料涂层均一性操纵；解决导电涂料涂装中粒子沉降而堵塞管路技术。
导电高分子材料
导电高分子材料
导电高分子材料是具有导电性能的高分子材料，与传统的高分子材料相比具有以下优点：较低的电阻率、较高的导电性能以及可调控的导电性能。
这些优点使得导电高分子材料在众多领域有广泛的应用。
导电高分子材料的电阻率通常在0.1~10 Ωcm范围内，相比传
统的高分子材料的电阻率要低得多。
这是因为导电高分子材料通常含有导电粒子或导电链段，这些导电因素可以提供电子导电通道，从而降低电阻。
而且，导电高分子材料的电阻率还可以通过调控导电粒子的浓度、分散度以及材料的结构等因素进行调节，使其具备可调控的导电性能。
导电高分子材料具有较高的导电性能，能够在较低的电压下产生较大的电流。
这使得导电高分子材料在电子器件制造和柔性电子领域有广泛的应用。
例如，导电高分子材料可以用于制备柔性显示器、柔性太阳能电池和柔性传感器等。
此外，导电高分子材料还可以用于制备导电纤维、导电涂料和导电膜等产品。
导电高分子材料还具有许多其他优点，如良好的机械性能、优异的化学稳定性和较高的耐热性。
这些优点使得导电高分子材料在电气化学传感器、生物传感器和能量储存装置等领域有广泛的应用。
例如，导电高分子材料可以用作电能储存装置（如超级电容器和锂离子电池）的集流体、电解质和隔离膜等关键材料。
总之，导电高分子材料是一类具有良好导电性能的高分子材料，
具有较低的电阻率、较高的导电性能以及可调控的导电性能等优点。
其在电子器件制造、柔性电子、电气化学传感器、生物传感器和电能储存装置等领域有广泛的应用前景。
随着科技的进步和材料制备技术的发展，相信导电高分子材料将会在更多的领域获得应用。
导电高分子材料
导电高分子材料专业班级：材料43学生姓名：王宏辉学号：2140201060完成时间：2017年3月29日导电高分子材料导电高分子材料一类具有导电功能（包括半导电性、金属导电性和超导电性）、电导率在10-6S／m以上的聚合物材料。
导电高分子材料分类：导电高分子可分为复合型导电高聚物和构型导电聚合物。
复合型导电高聚物是以高分子材料为基体，加入一定数量的导电物质(如碳黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等)组合而成。
该类聚合物兼有高分子材料的加工特性和金属的导电性。
与金属相比较，导电性复合材料具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等优点。
结构型导电聚合物是指高分子聚合物本身或经少量掺杂后具有导电性的高分子物质，一般用电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子给体或受体进行掺杂后制得。
从导电时载流子的种类来看，结构型导电高分子聚合物又被分为离子型和电子型两类。
离子型导电高分子(IoIlic Conductive Polymers)通常又叫高分子固体电解质(S0lid Polymer Electrolytes，简称SPE)，其导电时的载流子主要是离子。
电子型导电高分子(10nic Electrically conductive Polymers)指的是以共轭高分子为主体的导电高分子材料，导电的载流子是电子(或空穴)。
这类材料是目前世界导电高分子材料研究开发的重点。
导电机理：构型导电聚合物导电机理：物质的导电过程是载流子在电场作用下定向移动的过程。
高分子聚合物导电必须具备两个条件：(1)要能产生足够数量的载流子(电子、空穴或离子等)；(2)大分子链内和链闻要能够形成导电通道。
在离子型导电高分子材料中，聚醚、聚酯等的大分子链呈螺旋体空间结构，与其配位络合的阳离子在大分子链段运动作用下，就能够在螺旋孔道内通过空位迁移(“自由体积模型”)；或被大分子“溶剂化”了的阴阳离子同时在大分子链的空隙间跃迁扩散(“动力学扩散理论”)。
导电高分子
二、导电高分子分类
导电 聚合 物
复合型导电高分子材料:由普通的高分 子结构材料与金属或碳等导电材料,通 过分散,层合,梯度聚合,表面镀层等复 合方式构成,其导电作用主要通过其中 的导电材料来完成. 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.
结构型导电聚合物按其结构特征和导电机理 分类:
全 固 体 聚 合 物 电 解 质
聚合物固 体电解质
复 合 聚 合 物 电 解 质
凝胶聚合物电解质
a. 全固体聚合物电解质
全固体聚合物电解质研究最为广泛的是用体积较 大软阴离子的锂盐（如LiClO4、LiPF6、LiAsF6、 LiCF3SO3等）掺杂PEO或PPO（聚环氧丙烷）。 以PEO为例，离子导电主要在于聚合物结构单 CH2CH2O 元 起络合作用的给电子基团的密度 与分子链的柔性有良好的配合，且能够按照Li+尺寸 自动调节分子内和分子间组成的笼的大小，氧杂原 子能够起到拟溶剂化作用，促进低晶格能的碱金属 盐的离解和迁移。但在室温条件下，未经改性的 PEO等聚合物的结晶度较高（非导电相）。另为， 聚合物无定形相（导电相）中所溶解锂盐达不到使 用的 浓度，其室温条件下导电率一般在10-8S/cm～ 10-7S/cm。
应用
电显示材料 电化学反应催化剂
有机电子器件
2.离子导电聚合物
载流子是离子的导电聚合物是离子导电聚合 物. 与电子导电聚合物相比: 1) 离子的体积比电子大; 2) 离子可以带正电,也可以带负电 在电场作用下正负电荷的移动方向是相反 的,而且各种离子的体积,化学性质各不相同, 表现出的物理化学性质也千差万别.
n
聚乙炔导电机理
H C H C H C H C
· · · · · · · · ·
第二章导电性高分子材料
第二章导电性高分子材料近年来，随着集成电路和大规模集成电路的迅速发展，电磁波及静电等问题给我们的生活带来了很大损失。
随着电子线路和元件越来越集成化、微型化、高速化，使用的电流为微弱电流，致使控制信号的功率与外部侵入的电磁波噪音功率相接近，因此容易造成误动作、图象障害和音响障害，妨碍警察通讯、防卫通讯、航空通讯，造成卫星总装调试障碍等等，其后果是可想而知的。
导电高分子材料就是为了解决这些实际应用中的问题而发展起来的。
第一节导电高分子材料概述我们通常所见到的聚合物通常是不导电的绝缘体，但自从美国科学家A.F.Heeger和Macdiarmid发现聚乙炔具有明显导电性质之后，有机聚合物不能导电的观念被打破了。
根据已有的制作水平，经加碘掺杂的聚乙炔的导电能力已经进入金属导电的范围，接近室温下铜的导电率。
有人称其为金属化聚合物，或称合金金属，有机聚合物的电学性质从绝缘体到导体的转变促进了分子导电理论和固态离子导电理论的发展，从而引起了众多科学家的关注，成为有机化学中的研究热点。
在抗静电、电磁波屏蔽以及显示材料、半导体器件等方面都取得了重大进展。
1.1高聚物的导电特点“导电”就是电可以通过。
这里所指的电不完全是我们常见的那种一按开关机器就能动作、电灯就能发光的那种电，它还包括弱电、静电、电磁波等日常生活中我们并不注意的一些现象。
材料的导电性通常是用电阻值来衡量的。
金属材料是人们最熟悉的导体，它的电阻值一般在105欧姆厘米以下。
对于导电高分子材料来说，根据以上所说的不同种类的电，很容易明白其电阻值应处于一个较宽的范围内。
通常的划分方法是：以电阻值1010欧姆厘米为界限，在此界限以上为绝缘高分子材料，在其以下统称为导电高分子材料。
材料的导电性是由于材料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，通常称为载流子。
载流子在外加电场的作用下沿电场方向移动，就形成电流。
材料导电性的好坏与物质所含的载流子的数目及其运动速度有关，载流子的浓度和迁移率是表征材料导电的微观物理量。
高分子导电材料
高分子导电材料高分子导电材料是一种具有良好导电性能的高分子材料。
传统的高分子材料如聚合物、橡胶等通常具有绝缘性能，而高分子导电材料则能在一定程度上表现出导电、导热等金属或半导体的特性。
这使得高分子导电材料在电子器件、能源储存和传输方面有重要的应用潜力。
高分子导电材料的导电机制主要有两种：掺杂导电和共轭导电。
掺杂导电主要是通过在高分子材料中掺入电子给体或电子受体来实现导电性能的改变。
电子给体能够在高分子链中转移电子，从而使整个材料具有导电性能。
常见的电子给体包括有机金属配合物、有机胺等。
而电子受体能够从高分子链中接收电子，促使电子在材料中的传递。
共轭导电则是通过构建共轭结构的高分子材料来实现导电性能的提升。
共轭结构的高分子材料具有大量的π键和共轭电子体系，使得电子能够自由传递，从而提高导电性能。
高分子导电材料的应用领域非常广泛。
首先，它们在电子器件方面有着重要的应用。
新型的高分子导电材料可以用于制备柔性显示器、有机发光二极管（OLED）、柔性薄膜电池等电子器件。
相比传统的无机导电材料，高分子导电材料具有重量轻、柔性好、可塑性强等优点，可以制备出更加轻薄和灵活的电子器件。
其次，高分子导电材料还可以用于能源储存和传输方面。
高分子导电材料可以应用于锂离子电池、超级电容器等能源储存装置中，提高电池的导电性能和循环稳定性。
同时，高分子导电材料还可以用于太阳能电池、燃料电池等能源转换装置中，提高能源转换效率。
此外，高分子导电材料还应用于传感器、光电存储器、导电涂层等领域。
高分子导电材料能够应对不同的环境变化，如温度、湿度、压力等，因此可应用于各种传感器中，实现对环境参数的敏感检测。
光电存储器是一种基于高分子导电材料的储存器，具有良好的写入速度和可重复擦除等特点。
导电涂层则可以在各种基材上形成导电层，提高基材的导电性能，广泛用于电磁屏蔽、防腐蚀和导电材料修复等方面。
综上所述，高分子导电材料是一种具有良好导电性能的高分子材料，应用领域广泛。
导电高分子材料
什么是OLED？
有机电致发光(OLE)就是指有机材料在电流或电场的 激发作用下发光的现象。根据所使用的有机电致发光材料 的不同,人们有时将利用有机小分子为发光材料制成的器 件称为有机电致发光器件,简称OLED;而将利用高分子作为 电致发光材料制成的器件称为高分子电致发光器件,简称 PLED。 但通常将两者笼统地称为有机电致发光器件,也简 称OLED。
2020/1/14
• 对于填充型导电高分子材料，目前用作复合型导电高分子 基体的主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、 ABS、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯 、聚氨酯、聚酰亚胺、有机硅树脂等。
• 填充型导电高分子材料的导电填料主要有、 抗静电材料、炭系材料（炭黑、石墨、碳 纤维）、金属氧化物系材料、金属系材料 （银、金、镍、铜）、各种导电金属盐以 及复合材料。
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• 导电高分子材料的分类 结构型导电高分子材料 复合型导电高分子材料
2020/1/14
• §1.1 结构型导电高分子材料
定义：结构型导电高分子材料是指高分子本身或少量掺杂后具有 导电性质的高分子材料，一般是由电子高度离域的共轭聚合物经 过适当电子受体或供体进行掺杂后制得的。
特点：结构型导电高分子材料具有易成型、质量轻、结构易变 和半导体特性。
导电高分子材料 Conductive Polymer
什么是导电高分子材料？
定义： 导电高分子材料，也称导电聚合物，因此具有聚 合物重复单元结构特征且在电场作用下能显示电 流通过的材料均称为导电高分子材料。
长期以来,高分子材料由于具有良好的机 械
导电高分子
导电高分子
1 简介
导电高分子（Conducting Polymer，简称CP）物质，是一种新兴材料，由分子能够集体电子迁移而具有电导能力的高聚高分子制成，经常用于电子、磁性、光电子以及功能结构材料等领域。
CP的性能与制作方法非常具有可调节性，且其具有半导性特征，是研究纳米科学的重要对象。
2 合成方法
CP的合成方法大致可分为两类：一类是离子交换法，其根据该材料的环状结构以及所要协调的离子态而制备；另一类则是酯化法，该法在合成中可表现出其高灵活性及改变性，而通过改变蒸发性有机试剂的组成和分子量，可以在一定程度上调节不同CP材料的电性能及结构性能。
3 特性
CP有一些自身独特的性质，如良好的机械性能，高的光、热稳定性以及可用于制作复合材料，以实现包括可膨胀性能、高分子生物功能等多种功能与应用。
CP具有柔韧性、透明性和低碳可逆耗散之外，在可以调节功能传感器、敏感元件、电子学应用以及多孔性介观结构等领域拥有广泛的应用。
4 实际应用
CP是材料科学家和工程师关注的重点材料，在包括氢能转换和扩散、农用化学、储能裂解、触摸屏显示器、有机电路和有机太阳能电池等多个领域具有重要应用价值，并对物理、化学、电子以及材料等多个学科具有重要性。
5 结语
CP是一种具有多重用处的新型材料，其非常符合更绿色、清洁及可持续发展社会需求，使CP在有机材料中越来越受到重视，也引起了各行各业的重视。
CP的利用有助于环境的保护、社会和经济的发展，对于社会经济的发展将发挥重要作用。
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现 。化学掺杂会受到磁场的影响 的室温电导率有明显的影响
• 遗憾的是目前为止还没有发现外加磁场对聚合物 • 质子酸掺杂 ：一般通过化学反应来完成，近年发 一般通过化学反应来完成，
现也可通过光诱导施放质子的方法来完成
• 还有掺杂—脱掺杂—再掺杂的反复处理方法，这 还有掺杂—脱掺杂—再掺杂的反复处理方法，
导电高分子材料发展展望
• 作为分子器件研究的重要组成部分， 作为分子器件研究的重要组成部分，
导电聚合物研究的重大突破将直接带 来分子器件研究的重要进展 • 被IUPAC列为21世纪化学研究的重要 IUPAC列为 世纪化学研究的重要 列为21 内容 • 经过25年的发展，已经取得了令人瞩 经过25年的发展 年的发展， 目的成绩 • 但是性能还有待提高（电学性能，力 但是性能还有待提高（电学性能， 学性能，光学性能，化学稳定性等） 学性能，光学性能，化学稳定性等） • 理论研究尚待深入以及创新
可溶性导电高分子
• 它可以更好地用于研究分子结构与导电性
能之间的关系 • 可以很好地解决导电聚合物的加工成型问 题 • 可溶性导电高分子可以由相应的溶液直接 加工成膜或者纺成纤维 • 研制可溶性高分子的一个重要技术是在导 电高分子链中加入柔软的长链， 电高分子链中加入柔软的长链，这一技术 可以应用于几乎所有的高分子单体
的浓度为3mmol/L，Al/Ti约为 的浓度为3mmol/L，Al/Ti约为3—4。催化剂溶 约为3 于甲苯中，冷却到-78度 通入乙炔， 于甲苯中，冷却到-78度,通入乙炔，可在溶液表 面生成顺式的聚乙炔薄膜。 面生成顺式的聚乙炔薄膜。掺杂后电导率达到 S/cm量级 105S/cm量级
导电聚合物是由具有共轭∏ 导电聚合物是由具有共轭∏键的聚合物 经过化学或电化学的掺杂而形成的
Heeger和日本化学家 Heeger和日本化学家Shirakawa首次发现掺杂 和日本化学家Shirakawa首次发现掺杂 并因此获得2000 碘的聚乙炔具有金属的特性 。并因此获得2000 年诺贝尔化学奖
• 使用Ziggler—Natta催化剂AlEt3/Ti(OBu)4,Ti 使用Ziggler—Natta催化剂 催化剂AlEt
• 导电聚合物除了具有高分子聚合物的一般
的结构特点外还含有一价的对阴离子（ 的结构特点外还含有一价的对阴离子（P型 掺杂）或对阳离子（ 型掺杂） 掺杂）或对阳离子（N型掺杂） • 导电聚合物最引人注目的一个特点是其电 导率可以在绝缘体—半导体— 导率可以在绝缘体—半导体—金属态 s/cm）较宽的范围里变化。 （10-9到105s/cm）较宽的范围里变化。这 是目前其他材料所无法比拟的
高强度导电高分子
• 通常化学合成的高分子常表现为没有任何
力学强度的粉末。例外：通过Shirakawa 力学强度的粉末。例外：通过Shirakawa 途径可以得到高性能的聚乙炔薄膜 • 得到高性能导电高分子膜材料最有效和直 接的方法是电化学沉积法 • 低的聚合温度、强极性分子介质以及电化 低的聚合温度、 学惰性的电极材料有利于生成堆积紧密， 学惰性的电极材料有利于生成堆积紧密， 性能良好的芳香导电高分子材料
而未能到到真正的金属态 具有低能带能隙的导电高分子是实现“合成金属” 具有低能带能隙的导电高分子是实现“合成金属” 的重要途径 1984年Wudl等合成了聚苯并噻吩 等合成了聚苯并噻吩， 在1984年Wudl等合成了聚苯并噻吩，其能带能 隙只有1eV 隙只有1eV 杂环芳香族高分子的电导率往往高于非杂环芳香 族的高分子。 族的高分子。聚合物链的取向程度的提高也会大 大的提高其取向方向的电导率 1987年 Basescu等合成了高取向度的聚乙炔， 1987年，Basescu等合成了高取向度的聚乙炔， 等合成了高取向度的聚乙炔 用碘掺杂后其电导率高达2*10 S/cm， 用碘掺杂后其电导率高达2*105S/cm，是目前 所知道的电导率最高的导电聚合物之一
无机半导体中的掺杂
本质是原子的替代 掺杂量极低（万分之几） 掺杂量极低（万分之几） 掺杂剂在半导体中参与导 电 没有脱掺杂过程
导电高分子中的掺杂
是一种氧化还原过程 掺杂量一般在百分之几到 百分之几十之间 只起到对离子的作用， 只起到对离子的作用，不 参与导电 掺杂过程是完全可逆的
目前掺杂的方式主要有两种 ：
谢谢!! 谢谢!!
种掺杂方法可以得到比一般方法更高的电导率和 聚合物稳定性
• 聚合物的掺杂过程直接影响导电聚
合物导电能力，掺杂方法和条件的 合物导电能力， 不同直接影响到导电聚合物的物理 化学性能
导电高分子的导电机理
• 载流子是由孤立子、极化子、双极化子等 载流子是由孤立子、极化子、
自由基离子构成的
• 极化子和孤立子的存在和跃迁使高分子链
• 导电高分子的微波(100MHz— l 2GHz)及毫 导电高分子的微波(100MHz— 2GHz)及毫
米波(24— 米波(24—40 GHz)特性研究表明导电高分子 GHz)特性研究表明导电高分子 如聚苯胺、 如聚苯胺、聚吡咯可用于电磁屏蔽
• 美国密里肯公司通过控制现场聚合条件将聚
吡咯与纤维复合，制备了商品名为Contex和 吡咯与纤维复合，制备了商品名为Contex和 Intrigue的导电纤维 并制成了轻型伪装网， Intrigue的导电纤维，并制成了轻型伪装网， 的导电纤维， 美国国防部已经将其以用于隐形轰炸机的隐 身涂料
什么是导电高分子的掺杂呢？ 什么是导电高分子的掺杂呢？
• 纯净的导电聚合物本身并不导电，必须经过掺 纯净的导电聚合物本身并不导电，
杂才具备导电性
•导率由绝缘体级别跃迁至导体级别 的一种处理过程
• 导电聚合物的掺杂与无机半导体的掺杂完全不
同
导电高分子的掺杂与无机半导体的掺杂的对比
• 导电聚合物特殊的结构以及优异的物理化
学性能，使得其在能源（二次电池、太阳 学性能，使得其在能源（二次电池、 能电池、固体电池），光电器件，晶体管， ），光电器件 能电池、固体电池），光电器件，晶体管， 镇流器，发光二极管（LED）， ），传感器 镇流器，发光二极管（LED），传感器 气体和生物） 电磁屏蔽， （气体和生物）,电磁屏蔽，隐身技术以及 生命科学等方面都有诱人的应用前景
导电高分子材料
材料系 周武 022371
2000年诺贝尔化学奖得主 2000年诺贝尔化学奖得主
美国物理学 家Heeger
美国化学家 MacDiarmid
日本化学家 Shirakawa
世界上第一种导电聚合物：掺杂聚乙炔 世界上第一种导电聚合物：
• 1977年，美国化学家MacDiarmid，物理学家 1977年 美国化学家MacDiarmid，
• 日本用PTh／PPy复合膜制成了FET（场效 日本用PTh／PPy复合膜制成了 复合膜制成了FET（
应三极管），门电压操作时电流值变化达 应三极管），门电压操作时电流值变化达 ）， 105，有希望与无机FET一样得到开发和应 有希望与无机FET一样得到开发和应 用 • 用导电聚合物制作的发光二极管的工作是 多年来导电聚合物实用的一大突破, 多年来导电聚合物实用的一大突破,若实现 实用， 实用，将带来电子学的巨大突破 • 劳斯阿拉莫斯国家实验室发明了在绝缘体 基底上镀金属的新方法， 基底上镀金属的新方法，即将导电高分子 如聚吡咯或聚苯胺沉积在绝缘的印刷线路 孔的内壁上， 孔的内壁上，继而通过电化学法将铜镀在 导电高分子层上
电致伸缩效应 微触动器
• 以聚乙炔、聚苯胺膜为正极，锂为负极，高氯酸 以聚乙炔、聚苯胺膜为正极，锂为负极，
锂的碳酸丙烯脂（PC） 锂的碳酸丙烯脂（PC）溶液为电解质的电池的 研究已经较为成熟 • 正在研究固体电解质的全塑性电池，如全塑聚乙 正在研究固体电解质的全塑性电池， |PEO--NaI| 它以p 炔电池 (CH)x |PEO--NaI| (CH)x，它以p型掺杂的聚 乙炔为阳极， 乙炔为阳极，以n型掺杂的聚乙炔为阴极构成 • 已经实现商品化的：Li-Al(-)／LiBF4在聚碳酸 已经实现商品化的：Li-Al((PC)+DME(二甲氧基乙烷 电解液 二甲氧基乙烷)(电解液) 酯(PC)+DME(二甲氧基乙烷)(电解液)／ PAn(+)的箔型聚合物二次电池 PAn(+)的箔型聚合物二次电池，有3V级池电压、 的箔型聚合物二次电池， 3V级池电压 级池电压、 3mAh容量 3mAh容量、千次以上的充放电寿命和可长期保 容量、 存等特点， 存等特点，可期用于不需维护的电源
结构性导电高分子材料的用途
应用领域或有 用的效用 电子电导 电极 边界层效应 电子学 光学 实例 电加热元件的挠性导体，电磁屏蔽材 电加热元件的挠性导体， 料，抗静电材料 燃料电池，光化学电池，传感器，心 燃料电池，光化学电池，传感器， 电图仪 选择性透过膜，离子交换剂， 选择性透过膜，离子交换剂，医药控 制释放 分子电子学，发光二极管，数据存储， 分子电子学，发光二极管，数据存储， 改良场效应晶体管 电致变色显示器，非线性光学材料， 电致变色显示器，非线性光学材料， 滤光片
分子导电
• 高分子的导电是在一个分子链上实现的 • 适当地控制分子链的结构，或者改变它 适当地控制分子链的结构，
的局部环境，一个分子的各个区域可能 的局部环境， 具有不同的导电行为
• 有可能制成“分子导线”、“分子电路” 有可能制成“分子导线” 分子电路”
和“分子器件” 分子器件”
导电高分子材料的应用
• 清华大学的石高全等用纯的二氟化硼乙
醇溶液做电解质，不锈钢片做电极在一 醇溶液做电解质， 定的电压下获得了力学强度超过铝的聚 噻吩膜和高强度聚苯膜， 噻吩膜和高强度聚苯膜，在这一体系中 还能获得厚度为400到500um的高强度 还能获得厚度为400到500um的高强度 导电聚合物板， 导电聚合物板，它的抗张强度大大超过 了一般的通用塑料