导电高分子
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》课件
面临的挑战与问题分析
技术瓶颈：导电高 分子材料的制备工 艺和性能优化存在 技术瓶颈
成本问题：导电高 分子材料的生产成 本较高，限制了其 在某些领域的应用
市场竞争：导电高 分子材料市场竞争 激烈，需要不断创 新和优化产品性能
环保问题：导电高 分子材料的生产和 使用过程中可能产 生环境污染问题， 需要加强环保措施
聚合物复合法
原理：通过将导 电高分子与非导 电高分子复合， 形成导电复合材 料
优点：提高导电 性，降低成本， 改善加工性能
应用：广泛应用 于电子、能源、 环保等领域
挑战：如何实现 导电高分子与非 导电高分子的均 匀复合，提高复 合材料的导电性 能和稳定性
导电高分子应用案 例分析
电子器件领域应用案例
导电高分子未来发 展趋势与挑战
技术创新方向预测
导电高分子材料的新型合成方法
导电高分子材料的应用领域拓展
添加标题
添加标题
导电高分子材料的性能优化
添加标题
添加标题
导电高分子材料的环保与可持续发 展
市场拓展前景展望
导电高分子材料在电子、能源、环保等领域的应用前景广阔 导电高分子材料在生物医学、智能穿戴等领域的应用潜力巨大 导电高分子材料在航空航天、军事等领域的应用需求日益增长 导电高分子材料在环保、节能等领域的应用需求日益增长
《添加导副电标高题 分子》 PPT课件
汇报人：
目录
PART One
添加目录标题
PART Two
导电高分子概述
PART Three
导电高分子类型
PART Five
导电高分子制备方 法
PART Four
导电高分子结构与 性能关系
PART Six
导电高分子
. 氧化
I2
A
阳离子自由基（极化子）
还原
Li
Li+
阴离子自由基（极化子）
p-型导电体 n-型导电体
导电聚合物掺杂的特点
b) 从物理角度看，掺杂是反离子嵌入的过程， 即为了保持电中性，掺杂伴随着阳离子/阴 离子进入高聚物体系，同时，反离子也可以 脱离高聚物链 — 脱掺杂。
c) 掺杂和脱掺杂是一个可逆过程，这在二次电 池的应用上极为重要；
CH
CH
AlEt 3/Ti(OBu) 4 Toluene
CH CH n
电化学聚合：聚吡咯 Poly(Pyrrole)
阳极氧化
自由基偶合
-e N
. N
H
H
脱质子 - H+
H N N H
H N N H
Poly(Pyrrole)
5、研究导电聚合物的意义
a) 理论意义 导电聚乙炔的发现从结构上在高分子与 金属之间架起了一座桥梁。
特点：制备简单、成本较低
4. 导电高分子的特点
石英
金刚烷
导电聚合物
未经掺杂
经掺杂
Pt
PE Si
Ge
Bi Cu
石墨
10-18 10-16 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 10 102 104 106
(S/cm)
几种材料电导率的比较
属于分子导电物质（金属导电体：金属晶体导电物质） 通过掺杂，电导率变化范围宽广（10-9~105 S/cm） 具有颗粒或纤维结构的微观形貌。颗粒或纤维本身具 有金属特性，而它被绝缘的空气所隔绝，成为“导电 孤岛” 具有良好的物理、化学特性：较高的室温电导率、可 逆的氧化-还原特性、掺杂时伴随颜色变化、大的三阶 非线性光学系数等。
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。
04
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
（1）碳黑填充型导电高分 子是一种最常见的材料，是因为 其碳黑价格低廉且导电性稳定持 久。导电碳黑的主要品种有乙炔 碳黑、导电炉黑、超导电炉黑和 特导电炉黑等。 碳黑型导电高分子材料已 广泛应用于很多领域：电视膜 制唱片；导电泡沫、导电薄膜、 导电高分子多孔体、静电显影 粉可用于集成电路、场效应管、 晶体管电子原器件的静电防护； 在高压电缆、通讯电缆领域可 用于半导体层，以缓和导线表 面的电位梯度，防止静电。
中文名称：导电高分子 英文名称：conductive polymer 定义：主链具有共轭主电子体系，可通 过掺杂达到导电态，电导率达103 S/cm 以上的高分子材料。
艾伦· 马 白川 G· 克迪尔米 英树 德
艾伦· 黑 J· 格
2000年10月10日瑞典皇 家科学院将化学最高荣 誉授予美国加利福尼亚 大学物理学家艾伦· 黑 J· 格 ，宾夕法尼亚大学化 学家艾伦· 马克迪尔米 G· 德 和日本筑波大学化学 家Hideki shirakawa（白 川英树）
塑 胶 片 材
固 态 电 容 器
防 腐 涂 料 吸波涂料 防 静 电 涂 料
导电膜
Hale Waihona Puke 导 电 高 分 子 的 分 类
自1977年第一个导电高分子聚 乙炔(PAC)发现以来，在导电聚合物 的合成、结构、导电机理、性能、 应用等方面已取得很大进展。从导 电机理的角度看，导电高分子大致 可分为两大类： （1）复合型导电高分子材料
（2）结构型导电高分子材料
复合型导电高分子材料
复合型导电高分子材料是指在 高分子基体中添加导电型物质（碳 黑、碳纤维、金属粉末、薄片、金 属丝、涂金属的玻璃球和丝）通过 分散复合、层集复合等方式制成， 其制造容易，现已商品化。
导电高分子
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
无机半导体中的掺杂
本质是原子的替代
• 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（P型 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—金属态 （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
导电高分子的主要类型：
• 除了最早的聚乙炔（PA）外，主要有聚吡
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
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 炔电池 (CH)x |PEO--NaI| (CH)x，它以p型掺杂的聚 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 酯(PC)+DME(二甲氧基乙烷)(电解液)／ PAn(+)的箔型聚合物二次电池，有3V级池电压、 3mAh容量、千次以上的充放电寿命和可长期保 存等特点，可期用于不需维护的电源
• 目前为止发现的导电高分子仍属于半导体的范畴， • • • •
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” 的重要途径 在1984年Wudl等合成了聚苯并噻吩，其能带能 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。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， 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
导电高分子
当导电填料浓度较低时，填料颗粒分散在聚合物 中，互相接触很少，故导电性很低。
随着填料浓度增加，填料颗粒相互接触机会增 多，电导率逐步上升。
当填料浓度达到某一临界值时，体系内的填料 颗粒相互接触形成无限网链。
52
这个网链就像金属网贯穿于聚合物中，形成导 电通道，从而使聚合物变成了导体。
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。
15
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。
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
NNNNN
16
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。
6
导电高分子的应用
金属化
静电保护
电磁屏蔽
印刷电路
导电高分子
电致发光
金属防腐
设备（二极管、晶体管）
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。
聚乙炔是高度共轭的刚性聚合物，不溶不熔， 加工十分困难，也是限制其应用的一个因素。
可溶性导电聚乙炔的研究工作正在进行之中。
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★聚苯硫醚（PPS）
是近年来发展较快的一种导电高分子，它的 特殊性能引起人们的关注。
聚苯硫醚是由二氯苯在N-甲基吡咯烷酮中与 硫化钠反应制得的。
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PPS是一种具有较高热稳 定性和优良耐化学腐蚀性以及良好机械性能的 热塑性材料，既可模塑，又可溶于溶剂，加工 性能良好。
导电高分子
电压和颜色关系（光吸收） 电压和颜色关系（光吸收）
在特定电压作用下，高分子结构发生变化，导致光吸收波长 的变化，称为电致变色（electrochromism）。 电致变色（ 电致变色 ） 如线形共轭高分子
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1.4 导电高分子的电学性质
电压和发光
材料在电场作用而发光称为电致发光（ 材料在电场作用而发光称为电致发光（eletroluminecence） 电致发光 ） 共轭高分子具有该性质，发光的波长和发光效率与高分子的结 构、发光器件构造和外界条件相关。 电转化） 材料在光能作用下，形成电流（ 材料在光能作用下，形成电流（光-电转化） 所以，共轭高分子在发光器件、 所以，共轭高分子在发光器件、显示和光电池等方面有巨大 的应用价值。 的应用价值。
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2.3 复合导电高分子的导电机理
渗流理论（导电通道理论） 渗流理论（导电通道理论） Bueche经验公式 经验公式
Flory的凝胶化理论：Wf为分子的临界体积分数，f为分子的功 的凝胶化理论： 的凝胶化理论 能度，α为官能团的反应几率。
W f = 1−
(1 − α ) 2 y (1 − y ) 2 α
复合型导电高分子；氧化还原型导电高分子仅在特定电压 范围内才有导电性，不复合欧姆定律；
温度与电导关系
NTC导电材料（negative temperature coefficient）： 导电材料（ ）：电 导电材料 ）： 阻率随温度升高而降低；如本征导电高分子。 PTC导电材料（ positive temperature coefficient ）： 导电材料（ 导电材料 电阻率随温度升高而升高；如复合型导电高分子和金属。 理想的低温加热材料和廉价的电路保护材料
16
复合型导电高分子的导电填料
专题六-导电高分子
2.2 共轭聚合物的电子导电 2.2.1 导电机理
共轭聚合物是指分子主链中碳-碳单键和双键交替排列的聚合物。共轭体系 必须具备：一是分子轨道能强烈离域；二是分子轨道能相互重叠。满足条 件的共轭聚合物，就能产生载流子传输电流。例如石墨，π电子能够在石
墨平面内离域，电导率104～105Ω-1cm-1，达到导体水平。平面间π轨道也重 叠，电导率10～102Ω-1cm-1，属半导体范围。沿平面方向电导率随温度降低 增大，属金属导电，垂直方向电导率随温度上升而增加，属半导体导电。
1.3 导电高分子的类型
a. 结构型导电高分子(本征型) 由聚合物结构提供导电载流子（电子、离子或空穴），掺杂后，电导率 大幅度提高，可达到金属的导电水平。主要品种：聚乙炔、聚对苯硫醚 、聚对苯撑、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。其中，掺杂型聚乙炔具有最 高的导电性（5×103-104Ω-1cm-1）。应用上，可制作大功率聚合物蓄电池 、高能量密度电容器、微波吸收材料、电致变色材料等。关键的技术问 题：大多数导电高分子在空气中不稳定，导电性随时间明显衰减，加工 性不够好。 b. 复合型导电高分子 不具备导电性的高分子材料掺混入大量导电物质，如炭黑、金属粉、箔等 ，通过分散复合、层积复合、表面复合等方法构成，高分子材料充当粘合 剂的作用。复合型导电高分子可用作导电橡胶、导电涂料、导电粘合剂、 电磁波屏蔽材料和抗静电材料。 c. 超导体高分子 高分子材料中，发现聚氮硫在0.2K时具有超导性。高分子的结构可变性十 分广泛，因此，制造出超导临界温度较高的高分子超导体是大有希望。
2.4 金属有机聚合物的导电
2.4.1 主链型高分子金属络合物 由含共轭体系的高分子配位体与金属 构成的主链型络合物，是通过金属自 由电子的传导性导致高分子链导电， 是导电性较好的一类。分子链十分僵 硬，成型加工较难。 2.4.2 二茂铁型金属有机聚合物 二茂铁金属有机聚合物本身的导电性并不好，电导率在1010～10-14Ω-1cm-1，但用氧化剂部分氧化后，如银离子、苯醌等， 形成二茂铁基和铁离子同时存在的聚合物，电导率提高5-7个 数量级，并随氧化程度提高而增加，在氧化度70%左右达到 最大。 4×10-14Ω-1cm-1 4×10-8Ω-1cm-1 10-10Ω-1cm-1 10-5Ω-1cm-1
导电高分子详解ppt课件
*
目前，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、高能量密度电容器、微波吸收材料、电致变色材料，都已获得成功。
*
但总的来说，结构型导电高分子的实际应用尚不普遍，关键的技术问题在于大多数结构型导电高中不稳定，导电性随时间明显衰减。此外，导电高分子的加工性往往不够好，也限制了它们的应用。科学家们正企图通过改进掺杂剂品种和掺杂技术，采用共聚或共混的方法，克服导电高分子的不稳定性，改善其加工性。
*
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。
反式聚乙炔的禁带宽度推测值为1.35eV，若用式（5—9）推算，N＝16，可见聚合度为8时即有自由电子电导。 除了分子链长度和π电子数影响外，共轭链的结构也影响聚合物的导电性。从结构上看，共轭链可分为“受阻共轭”和“无阻共轭”两类。前者导电性较低，后者则较高。
第五章 导电高分子
*
聚苯硫醚（PPS）是近年来发展较快的一种导电高分子，它的特殊性能引起人们的关注。 聚苯硫醚是由二氯苯在N—甲基吡咯烷酮中与硫化钠反应制得的。
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
· · · · · · · · ·
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。
文档：导电高分子
导电高分子所谓导电高分子是由具有共扼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导电高分子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糕因此，导电高分子的可分子设计结构特征为除了具有高分子结构外，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）所以，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。
因此，导电高分子不仅具有由于掺杂而带来的金属(高电导率)和半导体(p-和n-型)的特性之外，还具有高分子的可分子设计结构多样化，可加工和比重轻的特点。
为此，从广义的角度来看，导电高分子可归为功能高分子的范畴。
(1)电高分子室温电导率可在绝缘体半导体金属态范围内变化。
这是迄今为止任何材料无法比拟的。
正因为导电高分子的电学性能覆盖如此宽的范围，因此它在技术上的应用呈现多种诱人前s:0例如，具有高电导的导电高分子可用于电、磁屏蔽，防静电、分子导线等技术上的应用。
而具有半导体性能的导电高分子，可用于光电子器件（晶体管，整流管)和发光二极管(light emitting diode，LED）(2)导电高分子不仅可以掺杂，而且还可以脱掺杂并且掺杂脱掺杂的过程完全可巡这是导电高分子独特的性能之汽如果完全可逆的掺杂脱掺杂特性与高的室温电导率相结合，则导电高分子可成为二次电池的理想电极料，从而可能实现全塑固体电字也另外，可逆的掺杂脱掺杂的性能若与导电高分子的可吸收雷达波的特性相结合，则导电高分子又是口前快速切换的隐身技术的首选材料实验发现导电高分子与大气某些介质作用其室温电导率会发生明显的变化，若除去这些介质又会自动恢复到原状这种变化的实质是掺杂域脱掺杂过程，并且其掺杂脱掺杂完全可逆利用这一特性导电高分子可实现高选择性、灵敏度高和重复性好的气体或生物传感器。
(3)导电高分子的掺杂实质是氧化还原反应，而且氧化还原过程完全可巡在掺杂脱掺杂的过程中伴随着完全可逆的颜色变化。
导电高分子
• 离子导电型聚合物的分子有亲水性．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必须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。
4.导电高分子分类
复合型导电高分子
导 电 高 分 子
结构型（本征型）导电 高分子
电子型
未掺卤素的顺式聚乙炔的导电
率为10-8～10-7S/m；未掺卤素的
Heeger
MacDiarmid
反式聚乙炔为10-3～10-2 S/m，
而当聚乙炔曝露于碘蒸气中进 行掺杂氧化反应后，其电导率 可达3000S/m。
Shirakawa
3.导电机理
• 电子导电型聚合物的共同结构特征是分子内有大的线性 共轭n电子体系，给载流子-自由电子提供离域迁移的条 件。
聚苯胺（PANI） （1980年）
聚对苯乙烯撑（PPV） （1979年）
聚噻吩（PT） （1981年）
聚庚二炔（PPP）
5.导电高分子应用
显示材料 导电材料电子来自件应用电极材料
化学反应催化剂
电磁屏蔽材料
参考文献
[1]冀勇斌等.导电高分子材料及其应用[J].材料导报,2005,9:274-276. [2]曹丰,李东旭,管自生.导电高分子聚苯胺研究进展[J].材料导 报.2007,21(8):48-50. [3] 陈东红, 虞鑫海, 徐永芬.导电高分子材料的研究进展[J].化学与 黏合.2012, 34(6):61-64. [4]马冰琳. 导电高分子材料的研究与应用探究[J]. 科研发展. 2011:36-38.
离子型
4.1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，如如碳黑、石墨、碳纤维、金属 粉、金属纤维、金属氧化物等
第三章 导电高分子
Peierls过渡理论（Peierls transition):
根据分子轨道理论和能带理论对导电聚合物分子结构 进行分析 CH CH CH CH CH CH 例如聚乙炔：
在其链状结构中，每一个结构单元中的-CH-碳原子外层有四个价电子，其 中有三个构成三个SP3杂化轨道，分别与一个氢原子和两个相邻的碳原子 形成代尔塔键，余下的P电子轨道在空间分布上与三个代尔塔轨道构成的 平面相垂直。在聚乙炔分子中相邻碳原子之间的P电子在平面外相互重叠 构成π键 。 28
金属氧化物
导电聚合物
氧化锌
氧化锡 聚吡硌 聚噻吩
10-1
10-1 10-1~1 10-1~1
12
复合型导电高分子材料的制备成型方法主要有三种：反应法、 混合法、压片法。 反应法：将导电填料均匀分散在聚合物单体或预聚物溶液 中，加入引发剂进行聚合反应，直接生产与导电填料混合 均匀的高分子材料。 混合法：利用高分子的共混工艺，将导电填料粉体与聚合物 熔体或溶液混合均匀，然后采用注射、流延等方法成型。 压片法：将高分子基体材料与导电填料充分混合后，通过 在模具内加压成型制备具有一定形状的导电复合材料。 13
（1）分散复合结构：导电性粉末、纤维等材料采用化学或物理方法 均匀分散在基体材料中，导电粒子或纤维相互接近构成导电通路。
8
（2）层状复合结构：在这种复合体中导电层独立存在，导 电层两面覆盖聚合物基体材料，导电层直接构成导电通路。
（3）表面复合结构：将导电材料通过蒸镀等方法复合到 高分子材料表面。
9
在分子中是成键电子，一般处在两个成键原子中间，键能较 高，离域性很小，被称为定域电子。
23
(3)n价电子
这种电子与杂原子（O、N、S、P）结合在一起，在化学反应 中具有重要意义，孤立存在时没有离域性。
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专业名称：高分子材料与工程
班级学号： 3101126014 学生姓名：王泽锋
指导教师：姜燕
导电塑料的研究及展望
Ｊ高分子１００１３１０１１２６０１４王泽锋
摘要:概述了导电塑料的导电原理,阐明了导电塑料的种类和影响导电的因素,分析了不同导电塑料的制备方法、工艺研究等,最后综述了导电塑料的应用领域以及发展趋势,并进行了展望。
关键词：导电塑料;导电原理;制备方法;应用
导电塑料广泛应用于半导体、防静电材料、导电性材料等领域,可分为结构型和填充型。
结构型导电塑料是高聚物本身或经掺杂之后具有导电性的材料,而填充型导电塑料是本身不具有导电性,但通过加入导电性填充物获得导电性的材料,它是由电绝缘性能较好的合成树脂、塑料和具有优良导电性能的填料及其它添加剂通过混炼造粒,并采用注射、压塑或挤出成型等方法制得。
导电塑料的导电原理：
1、渗滤理论
复合材料的电导率在一定导电填料浓度范围内的变化是不连续的,在某一温度下材料电阻率会发生突变,表明此时导电粒子在聚合物基体中的分散状态发生了突变 ,即当导电填料达到一定值时,导电粒子在聚合物基体中形成了导电渗滤网络,导电粒子的临界体积分数称为渗滤阀值[1]。
2、有效介质理论
有效介质理论是处理二元无规对称分布体系中电子传输行为的有效方法,无规非均匀复合材料的每个颗粒看作处于相同电导率的一种有效介质中。
导电填充粒子能填充满复合材料中所有的空穴和空间,并且绝缘相具有高的绝缘性。
3、量子力学隧道理论
在二元组分导电复合材料中,当高导组分含量较低(在渗滤阀值附近) 时,隧道导电效应对材料的导电行为影响较大[3]。
材料导电依然有导电网络形成的问题,但不是靠导电粒子直接接触来导电,而是电子在粒子间的跃迁造成的。
隧道效应能合理地解释聚合物基体与导电填料呈海岛结构复合体系的导电行为。
量子力学隧道导电理论能与许多导电复合体系的实验数据相符,证明是讨论和分析复合材料导电行为的有力工具。
导电塑料分类：
1、按照电性能分类,可分为：绝缘体、防静电体、导电体、高导体。
通常电阻值
在1010Ω·cm以上的称为绝缘体；电阻值在104～109Ω·cm范围内的称作半导体或防静电体；电阻值在104Ω·cm以下的称为导电体;电阻值在100Ω·cm以下甚至更低的称为高导体。
2、按导电塑料的制作方法分类，可分为结构型导电塑料和复合型导电塑料。
2.1、结构型导电塑料又称本征型导电塑料，是指本身具有导电性或经化学改性后具有导电性的塑料。
结构型材料合成工艺较复杂，成本较高，目前价格相当昂贵，是一种真正意义的导电塑料，研发一旦突破技术瓶颈，将给我们的生活带来无法想象的影响。
结构型高分子导电材料主要有：
（1）π共轭系高分子：如聚乙烯、(Sr)n、线型聚苯、层状高聚物等；
（2）金属螯合物：如聚酮酞菁；
（3）电荷移动型高分子络合物：如聚阳离子、CQ络合物。
2.2、复合型是由导电性物质与高分子材料复合而成。
该类别成本稍低，可以满足各种成型要求，是一类已被广泛应用的功能性高分子材料[2]。
复合型导电塑料根据导电填料的不同可分为：抗静电剂系、晶须系、金属系(各种金属粉末、纤维、片等)、碳系(炭黑、石墨等)，可以根据制品电阻值的不同要求进行调节生产。
3、按用途的不同分类，可分为：抗静电材料、导电材料和电磁波屏蔽材料。
导电塑料的三种制备方法：
复合型导电塑料根据制备的方法不同,又可分为以下三种:
(1)表面处理法。
是指在塑料表面进行导电处理以达到较高的导电率,包括金属热喷涂法、干法镀层法、湿法镀层法和导电涂层法,经表面处理后的塑料可以使电荷快速泄漏,防止电磁波和射频干扰( EMI/ RFI) 。
表面处理法的工艺复杂、成本高,而且表面导电层容易在外力作用下破坏,其应用受到一定限制[4]。
(2)填料分散复合法。
是在塑料内混入导电填料而制成导电塑料。
分散相的形态主要有: ①“海岛”结构,以颗粒状(或棒状或椭球状)分散; ②分散相纤维化,以大量微细纤维形式分散; ③分散相层化,以片状或细筋状的层状形式分散。
颗粒状导电填料主要有炭黑、石墨、金属粉末等,这种导电塑料用在集成电路、医疗、矿山等易燃易爆领域的防静电及面状发热体等;金属粉末填充的胶粘剂中制成的导电胶主要用于微型线路板、光电子线路及集成线路的粘接。
纤维状填料主要有碳纤维、金属纤维、镀金属的碳或玻璃纤维,主要用于电子仪器仪表壳体,起防止电磁信号外泄和EMI/RFI屏蔽作用[5]。
分散相的层状分散技术是目前被广泛重视的新技术,是将两种或两种以上的聚合物复合组成多组分体系,使聚合物呈薄层状分散,形成类似微细筋状分布的多层结构,使聚合物合金呈现优异的
性能。
(3)导电填料层积复合法。
是将金属网、板、丝毡等作为中间层,两侧再层压上塑料或利用双层平行挤出方法制成一层为导电树脂,另一层为普通树脂的双层制品,用作电磁干扰/射频干扰(EMI/RFI)屏蔽,控制和减小无线电噪音、电气噪音或者无线电干扰[7]。
EMI会影响广播接收、电视接收以及导航设备的准确性,更严重者,甚至会干扰医疗设备、雷达设备和汽车系统。
目前该技术正处在发展阶段。
导电塑料应用:
导电塑料不仅在抗静电添加剂、计算机抗电磁屏幕和智能窗等方面的应用已快速的发展，而且在发光二极管、太阳能电池、移动电话、微型电视屏幕乃至生命科学研究等领域也有广泛的应用前景。
此外，导电塑料和纳米技术的结合，还将对分子电子学的迅速发展起到推动作用。
将来，人类不仅可以大大提高计算机的运算速度，而且还能缩小计算机的体积。
因此，有人预言，未来的笔记本电脑可以装进手表中。
1、塑料芯片：未来应用无处不在
导电塑料的发现者、美国物理学家马克迪尔米德教授领导的研究小组利用普通塑料研制出了纳米电子线路。
这种纳米电子线路成本非常低廉，一块纳米电子线路板的成本仅为1美分，是硅芯片价格的1%~10%.现在，他们正在研制直径仅为100纳米的纳米材料———聚苯胺纤维，直径仅有头发丝的1/500.如果能将纳米导电纤维与纳米电子电路结合起来，就可以把计算机做得非常小[6]。
2、塑料太阳能电池
目前，科学家已经开发出一种新型的塑料太阳能电池，由于价格低廉，而且很轻，自然备受青睐。
它的储电量是传统碱性电池2倍，电压甚至高出100倍。
在充电方面，塑料太阳能电池和传统电池可以说是一样快；而供电时间又一样长。
这种电池使用起来更稳定、更高效，寿命要长得多，最多可使用两年半。
在不远的将来，塑料太阳能电池必将会有更广泛的应用。
总之，导电塑料可以应用很多方面，还有像电子报纸：真正体验信息时代、导电材料在汽车油路中的应用、能源无忧：塑料电池、三星推出最大的工程塑料液晶显示器、新一代的导电聚合物替代铬化合物、阿托菲纳推出汽车用导电尼龙、GE公司推出耐热导电树脂、美推出导电TPE新产品[8]。
结语:
展望未来,导电塑料的发展趋势为:
(1)综合考虑成本、加工方便、屏蔽性能的稳定性、环保及回收等因素,未来导电塑料的研究方向是以高导电性的导电填料开发为主,并以降低添加量、提高导电
能力、降低填料对基体工程塑料性能影响及改善加工适应性为主要研究及开发方向;
(2)加强导电塑料导电机理研究。
完备和成熟的导电机理不仅可以为导电塑料的配方和生产过程的工艺参数控制提供理论指导而且还会为研究和开发熔点高、软化点高、热稳定性好、抗静电性能优异的新型碳材料[9],并使产品向功能化、系列化方向发展提供新的动力和指导方向。
参考文献:
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[3] D Kumar,R C Sharma. Advances in conductive
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[4]谢长生．人类文明的基石一材料科学技术．武汉：华中理工大学出版社，2000：105．
[5]僚德新．导电聚台物走上前台[N]．科学时报，2000—10—17(3)．
[6]安鹏．神奇材料为他们赢得了诺贝尔化学奖IN]．
[7]方鲲曹传宝朱鹤孙等.不锈钢纤维填充热塑性导电塑料研究进展[J].化工新型材料,2006,34(1):5-7.
[8]陆长征．导电聚氨脂泡沫塑料的研制．塑料，2003，32(5)：50—53．，
[9]杨玉英，尚秀丽，孔超，等．聚苯胺／聚砜导电塑料薄膜的制备及性能研究．西北师范大学学报(自然科学版)，2006(1)：16．。