导电高分子材料-23
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。
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。
导电高分子材料的研究进展
导电高分子材料的研究进展一、本文概述导电高分子材料作为一种新兴的功能材料，因其独特的导电性能和可加工性，在电子、能源、生物医学等领域展现出广阔的应用前景。
本文旨在综述导电高分子材料的研究进展，重点关注其导电机制、性能优化以及实际应用等方面。
我们将简要介绍导电高分子材料的基本概念、分类和导电原理，为后续讨论奠定基础。
接着，我们将重点回顾近年来导电高分子材料在合成方法、性能调控以及导电性能提升等方面的研究成果。
本文还将探讨导电高分子材料在电子器件、能源存储与转换、生物传感器等领域的应用进展，并展望未来的发展趋势和挑战。
通过本文的综述，希望能够为相关领域的研究人员提供有价值的参考信息，推动导电高分子材料的进一步发展。
二、导电高分子材料的分类导电高分子材料可以按照其导电机制、化学结构、应用方式等多种维度进行分类。
从导电机制来看，导电高分子材料主要分为电子导电高分子和离子导电高分子两大类。
电子导电高分子主要依靠其共轭结构中的π电子进行导电，如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩等；而离子导电高分子则通过离子在固态中移动实现导电，如聚电解质、离子液体等。
从化学结构上看，导电高分子材料主要包括共轭聚合物、金属络合物高分子、复合型导电高分子等。
共轭聚合物由于具有大的共轭体系和离域π电子，表现出优异的电子导电性；金属络合物高分子则通过金属离子与高分子链的配位作用，形成导电通道；复合型导电高分子则是通过在绝缘高分子基体中添加导电填料（如碳黑、金属粒子、导电聚合物等），实现导电性能的提升。
在应用方式上，导电高分子材料可以分为结构型导电高分子和复合型导电高分子。
结构型导电高分子本身即具有导电性，可以直接用于电子器件的制备；而复合型导电高分子则需要通过添加导电填料等方式实现导电性能的调控，其导电性能受填料种类、含量、分散状态等多种因素影响。
根据导电高分子材料的导电性能，还可以分为导电高分子、抗静电高分子和高分子电解质等。
导电高分子具有高的导电性，可以作为电极材料、电磁屏蔽材料等；抗静电高分子则主要用于防止静电积累，如抗静电包装材料、抗静电涂层等；高分子电解质则具有离子导电性，可应用于电池、传感器等领域。
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。
导电高分子在作为电极材料方面的应用
• 导电高分子简介 • 导电高分子在电极材料中的应用 • 导电高分子电极材料的性能优势
• 导电高分子电极材料的应用前景 • 导电高分子电极材料的挑战与展望
01
导电高分子简介
导电高分子定义
01
导电高分子是指具有高导电性能 的高分子材料，其导电性能通常 通过掺杂或化学结构的设计来实 现。
在其他领域的应用
总结词
详细描述
导电高分子在其他领域的应用包括电磁屏蔽、 电致变色器件、电致动器件等。
导电高分子可以吸收和反射电磁波，具有优 异的电磁屏蔽效果；同时也可以在电场的作 用下发生颜色变化，用于显示器件和传感器 的制作；此外，导电高分子还可以用作驱动 器材料，具有响应速度快、驱动力大等优点。
易于加工和制造
总结词
导电高分子电极材料易于加工和制造，能够实现规模化生产，降低成本。
详细描述
导电高分子电极材料具有良好的加工性能，可以通过溶液涂布、静电纺丝、熔融挤出等方式制备成薄 膜、纤维或三维多孔结构等不同形貌的电极材料。这种易于加工和制造的特点使得导电高分子电极材 料在实际应用中具有较大的优势和潜力。
性。
在电极材料中，这些导电高分子 可以与其他活性物质复合使用， 提高电极材料的性能和稳定性。
这些导电高分子电极材料在微型 电池、柔性电池和植入式医疗设 备等领域具有广泛的应用前景。
03
导电高分子电极材料的性能优势
良好的导电性能
总结词
导电高分子电极材料具有良好的导电性能，能够快速传输电荷，降低电阻，提 高电化学反应效率。
03
总结词
导电高分子电极材料的规 模化制备是实现其广泛应 用的重要前提。
详细描述
本征型导电高分子
非物质掺杂：通过聚合材料在电极表面进 行电化学氧化或还原反应直接改变聚合物 的荷电状态。
本征型导电高分子
在制备导电高分子材料时根据掺杂方法不 同，分为p-型掺杂和n-型掺杂。
p-型掺杂是在高分子材料的价带中除掉一个 电子，使满轨道成为半充满的能量居中的 亚能带，减少与空轨道间的能量差。常用 氧化性掺杂剂有 碘, 溴等等。
CH2 CH
C N
CH2 CH
Cபைடு நூலகம்N
CH2 CH
C N
高 温环 化
CH2
CH2
CH
CH
CH
C
C
C
N
N
CH
CH
脱氢
C
C
C
C
C
C
N
N
本征型导电高分子
3、电化学聚合法 这一方法采用电极电位作为聚合反应的引
发和反应驱动力，在电极表面进行聚合反 应并直接生成导电聚合物膜。 反应完成后，生成的导电聚合物膜已经被 反应时采用的电极电位所氧化（还原）， 即同时完成了“掺杂”过程。
本征型导电高分子
以聚乙炔为例：
H C
H C
H C
H C
H C
C H
C H
C H
C H
C H
每一CH 自由基结构单元p电子轨道中只有一个 电子。 根据分子轨道理论，相领的两个自由基 p 电 子形成以下的分子轨道。
本征型导电高分子
空轨道 电子轨道
占有轨道
分子共轭体系能级分裂示意图
本征型导电高分子
减少能带分裂造成的能级差是提高共轭型 聚合物导电的能力的主要途径。
本征型导电高分子
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。
六种导电高分子(或绝缘高分子)材料的分析
分析
目录
• 引言 • 六种导电高分子材料概述 • 导电高分子材料的导电机理
目录
• 导电高分子材料的性能比较 • 导电高分子材料的应用前景 • 结论
01
引言
背景介绍
高分子材料在日常生活和工业生产中 广泛应用，包括塑料、橡胶、纤维等。
随着科技的发展，导电高分子材料逐 渐受到关注，因为它们具有传统金属 材料无法比拟的优势，如质量轻、可 塑性好、耐腐蚀等。
THANKS
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聚二炔
聚二炔是一种具有高度不饱和键的高分子化合物，具有良好的导电性能和化学反应 活性。
它被广泛应用于光电转换器件、传感器和生物医学等领域。
聚二炔的导电性能可以通过改变分子结构和掺杂其他元素或分子来调节。
03
导电高分子材料的导电机 理
电子导电型
总结词
电子导电型高分子材料通过电子的流动传递电流。
详细描述
导电高分子材料可以作为 超级电容器的电极材料， 提高电极的储能密度和充 放电性能。
在传感器领域的应用
气体传感器
导电高分子材料可以作为 气体传感器的敏感材料， 用于检测气体中的有害物 质。
湿度传感器
导电高分子材料可以作为 湿度传感器的敏感材料， 用于检测环境湿度。
压力传感器
导电高分子材料可以作为 压力传感器的敏感材料， 用于检测压力变化。
稳定性比较
聚乙炔
01 稳定性较差，容易氧化和聚合
。Hale Waihona Puke 聚苯胺02 稳定性较好，具有较好的抗氧
化性能和热稳定性。
聚吡咯
03 稳定性较差，容易发生氧化和
降解。
聚噻吩
04 稳定性较好，具有较好的热稳
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
· · · · · · · · ·
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
导电机理与结构特征 在有机化合物中电子以下面四种形式存在：
①内层电子 这种电子一般处在紧靠原子核的原子内层，
受到原子核的强力束缚，一般不参与化学反应，在正常电
场作用下也没有移动能力。 ②σ价电子 能够参与化学反应，并在化学键形成中起关键 作用的是外层电子，包括价电子和非成键电子。 ③n电子 这种电子被称为非成键外层电子，通常与杂原子 (O、N、S、P等)结合在一起，在化学反应中具有重要意义。 当孤立存在时n电子没有离域性，对导电能力贡献也很小。
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
掺杂过程及掺杂剂
p-型掺杂：在高分子材料中加入氧化剂，在 其价带中除掉一个电子形成半充满能带（产 生空穴）。由于与氧化反应过程类似，也称 为氧化型掺杂。 p-型掺杂剂均为氧化剂。如 FeCl3,作为电子受体。 n-型掺杂：在高分子材料中加入还原剂，在其 导带中加入一个电子形成半充满能带（产生自 由电子），过程与还原反应过程类似，称为还 原型掺杂。 n-型掺杂剂均为还原剂，如碱金属， 作为电子给体。
无机半导体中的掺杂本质是原源自的替代掺杂量极低（万分之几）
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，不参与导电
掺杂剂在半导体中参与导电
没有脱掺杂过程
掺杂过程是完全可逆的
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
《导电高分子》课件
从植物中提取高分子物质，再通过化学反应将导电物质引入高分子链中。
04
导电高分子材料的性能 优化
掺杂技术
综述
掺杂技术是通过向高分子材料中添加其他物质， 以改变其导电性能的一种方法。
原理
掺杂剂与高分子材料相互作用，产生电子转移， 从而增加材料的导电性。
应用
广泛应用于聚乙炔、聚噻吩等导电高分子的性能 优化。
详细描述
这类材料结合了电子导电型和离子导电型高分子材料的优点，具有更高的导电性 能和稳定性，广泛应用于电极材料、传感器、电池等领域。混合导电型高分子材 料的制备工艺和性能调控是研究的重点和难点。
03
导电高分子的制备方法
化学合成法
聚合法
通过聚合反应将小分子单体转化为高分 子聚合物，是制备导电高分子的常用方 法。
环境友好性和可持续发展
可生物降解
开发可生物降解的导电高分子材料，降低对环境的污染。
资源回收
研究导电高分子的回收再利用技术，实现资源的可持续利用。
绿色合成方法
采用环保的合成方法制备导电高分子材料，减少对环境的负面影响 。
导电高分子的应用领域
导电高分子在电子领域的应用 主要包括集成电路、电极材料 、传感器等，可以替代传统的 金属材料，降低成本和提高性
能。
在通信领域，导电高分子可用 于制造电磁屏蔽材料、高频电 缆等，提高通信设备的电磁兼
容性和信号传输质量。
在能源领域，导电高分子可用 于太阳能电池、燃料电池等新 能源设备的电极材料和隔膜材 料，提高能源利用效率和设备 稳定性。
在环保领域，导电高分子可用 于污水处理、空气净化等方面 的电极材料和催化剂载体，改 善环境质量。
02
导电高分子材料的分类
导电高分子在电子中的应用
导电高分子在电子中的应用导电高分子是一种特殊的材料，具有良好的导电性能，同时还具有相对较高的机械强度和柔韧性，具有广泛的应用前景。
在电子领域，导电高分子已经成为一种重要的材料，被广泛使用在各种电子产品中。
今天，我们就来探讨下导电高分子在电子中的应用。
一、导电高分子的概述导电高分子是一种特殊的高分子材料，是一种能够导电的聚合物。
它们通常包括一些金属元素或类似于金属的结构，如金属纳米颗粒、碳纳米管或导电聚合物等。
导电高分子结构中的这些元素可以形成电子传输通道，从而将电子从一个地方传输到另一个地方，这就是导电高分子的导电机制所在。
导电高分子的导电性能通常与其结构有关。
结构中含有导电性离子或分子的材料，具有较强的导电性能。
例如，导电聚合物中的共轭结构，可以形成一个持续的电子传输通路，从而提高导电性能。
而金属纳米颗粒或碳纳米管等之所以能够导电，是因为这些物质具有非常好的电子传输性质。
二、导电高分子在电子领域的应用导电高分子因其优异的导电性能，已经成为了电子领域中的重要材料，被广泛应用于许多电子产品中。
下面我们来看一下导电高分子在电子领域中的一些常见应用。
1.导电高分子薄膜的应用导电高分子薄膜是导电高分子材料的一种特殊形式，是一种非常薄的导电膜。
这些薄膜通常具有非常好的导电性能，并且可以在晶体管、太阳能电池、荧光屏幕等各种电子器件中使用。
以金属蒸镀法为例，将导电高分子薄膜制成薄膜电极，可以将其作为有机太阳能电池的阳极或阴极，或者将其用于超级电容器等器件中，大大提高了电子器件的效率和性能。
2.导电高分子的传感应用由于导电高分子能够接收和放电电子，因此它们在传感器和电子探测器等各种电子设备中也有广泛的用途。
导电聚合物可以用于制作温度、湿度、光线等各种传感器，并可以进行高灵敏度的设定。
此外，导电高分子还可以用于医疗器械、气体检测器、液态探测器等多个领域中。
3.基于导电高分子的柔性电子柔性电子具有一定的柔韧性、可拉伸性和可弯折性，并能够自由地弯曲和扭曲，因此可以广泛用于身体贴合型电子、可穿戴设备和医疗器械等。
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导电高分子材料
1、概 述
一、简介
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。
2
1、概 述
一、简介
1977年：美国科学家 A.J.Heeger、A.G. MacD iarmid和日本科学家白川英树发现掺杂聚乙炔具 有金属导电特性，有机高分子不能作为导电材料 的概念被彻底改变。
3
1、概 述
一、简介
导电性聚乙炔的出现：不仅打破了高分子仅 为绝缘体的传统观念，而且为低维固体电子 学和分子电子学的建立打下基础，具有重要 的科学意义。
4
因此上述三位科学家分享2000年诺贝尔化学奖
5
1、概 述
二、导电高分子的类型
按照材料的结构与组成，导电高分子分为两类： 结构型（本征型）导电高分子； 复合型导电高分子。
的今天，人们对它们有着极大的兴趣。
复合型导电高分子用作导电橡胶、导电涂料、 导电粘合剂、电磁波屏蔽材料和抗静电材料， 在许多领域发挥着重要的作用。
14
2、结构型导电高分子
根据导电载流子的不同，结构型导电高分子 有两种导电形式：电子导电和离子传导。对 不同的高分子，导电形式可能有所不同，但 在许多情况下，高分子的导电是由这两种导 电形式共同引起的。
1、结构型导电高分子
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。
11
1、概 述
2、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、
金属粉末等，通过分散复合等方法构成的复合
电导率降至103 Ω-1〃cm-1。
38
一、共轭聚合物的电子导电
2、典型的共轭聚合物
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—个因素，可溶
性导电聚乙炔的研究工作正在进行之中。
39
2、典型的共轭聚合物
• 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
材料。
12
1、概 述
2、复合型导电高分子
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 性的物质如炭黑、金属粉末等获得的。
13
2、复合型导电高分子
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
须具有越过禁带宽度的能量EG，即电
子从其最高占有轨道（基态）向最低空
轨道（激发态）跃迁的能量ΔE（电子
活化能）必须大于EG。
24
1、共轭体系的导电机理
研究表明，线型共轭体系的电子活化能ΔE与π电
子数N的关系为：
N 1 E 19.08 (eV ) 2 N
聚乙炔的禁带宽度推测值为1.35eV，若用上式推
大提高。
σ= 10-7 Ω-1〃cm-1
σ= 10-3 Ω-1〃cm-1
34
一、共轭聚合物的电子导电
2、典型的共轭聚合物
例如，顺式聚乙炔在碘蒸气中进行P型掺杂（部 分氧化），可生成(CHIy)x (y＝0.2～0.3)，电导 率可提高到102～104 Ω-1〃cm-1，增加9～11个 数量级，可见掺杂效果之显著。
的π*反键态。随分子链的增 长，形成能带，其中π成键 状态形成价带，而π*反键状 态则形成导带。
22
1、共轭体系的导电机理
如果π电子在链上完全离域，并 且相邻的碳原子间的链长相等， 则π－π*能带间的能隙（或称禁 带）消失，形成与金属相同的半 满能带而变为导体。
23
1、共轭体系的导电机理
从图中可见，要使材料导电，π电子必
高温焦化
CH C N
CH2
CH C N
CH2
CH C N
CH2
CH C
CH2
CH C
CH2
CH C
裂解，可得到电导
率高达10Ω-1〃cm-1
的高抗碳纤维。
脱氢
N
N
C C
CH
C C
CH C C N
43
N
一、共轭聚合物的电子导电
2、典型的共轭聚合物
通常是先将聚丙烯腈加工成纤维或薄膜，再进 行热解，因此其加工性可从聚丙烯腈获得，同时 由于其具有较高的分子量，故导电性能较好。
35
2、典型的共轭聚合物
聚乙炔最常用的掺杂剂有五氟化砷(AsF5)、六
氟化锑(SbF6)，碘(I2)、溴(Br2)，三氯化铁(Fe Cl3)，四氯化锡(SnCl4)、高氯酸银(AgClO4)等， 掺杂量一般为0.01～2％（掺杂剂/—CH＝）。
研究表明，聚乙炔的导电性随掺杂剂量的增加
而上升，最后达到定值。
1、共轭体系的导电机理
在共轭聚合物中，电子离域的难易程度，取决于 共轭链中π电子数和电子活化能的关系。 理论与实践都表明，共轭聚合物的分子链越长， π电子数越多，则电子活化能越低，亦即电子越 易离域，则其导电性越好，下面以聚乙炔为例进 行讨论。
19
一、共轭聚合物的电子导电
1、共轭体系的导电机理
6
1、概 述
二、导电高分子的类型
1、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的载流子（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，有些甚至可达到金属的导电水平。
7
1、概 述
1、结构型导电高分子
迄今为止，国内外对结构型导电高分子研究得较为
36
2、典型的共轭聚合物
当掺杂剂用量达
到5％之后，电
导率几乎不再随
掺杂剂用量的增
加而提高。 电导率与掺杂剂量的关系
37
一、共轭聚合物的电子导电
2、典型的共轭聚合物
若将掺杂后的聚乙炔暴露在空气中，其电导率随时
间的延长而明显下降，这是聚乙炔至今尚不能作为
导电材料推广使用的主要原因之一。例如电导率为
104 Ω-1〃cm-1的聚乙炔，在空气中存放一个月，
48
一、共轭聚合物的电子导电
2、典型的共轭聚合物
聚萘的贮存稳定性良好，在室温下存放4个月， 其电导率不变，聚萘的电导率对环境温度的依赖 性很小，显示了金属导电性的特征。
49
一、共轭聚合物的电子导电
2、典型的共轭聚合物
人们预计，随着研究的深入，聚萘有可能用作导
电碳纤维、导磁屏蔽材料、高能电池的电极材料
－CH = CH－
由于分子中双键的π电子的非定域性，这类聚合物 大都表现出一定的导电性。
17
1、共轭体系的导电机理
按量子力学的观点，具有本征导电性的共轭体系 必须具备两条件：第一，分子轨道能强烈离域；
第二，分子轨道能互相重叠，满足这两个条件的
共轭体系聚合物，便能通过自身的载流子产生和
输送电流。
18
聚乙炔具有最简单的共轭双键结构：
20
1、共轭体系的导电机理
组成主链的碳原子有四个价电子，其中三个为σ电
子（sp2杂化轨道），两个与相邻的碳原子连接，
一个与氢原子链合，余下的一个价电子π电子(Pz
轨道)与聚合物链所构成的平面相垂直。
21
1、共轭体系的导电机理
随π电子体系的扩大，出现
被电子占据的π成键态和空
44
一、共轭聚合物的电子导电
2、典型的共轭聚合物
将溴代基团引入聚丙烯腈，可制得易于热裂解环 化的共聚丙烯腈，这种溴代基团在热裂解时起催 化作用，加速聚丙烯腈的环化，提高热裂解产物 的得率。 聚乙烯醇、聚酰亚胺经热裂解后都可得到类似的 导电高分子。
45
一、共轭聚合物的电子导电
2、典型的共轭聚合物
硫化钠反应制得的。
n Cl
Cl
nNa2S
S
n
2nNaCl
40
2、典型的共轭聚合物
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。纯净的聚苯硫醚是优良
的绝缘体，电导率仅为10-15～10-16Ω-1〃cm-1。但
经AsF5掺杂后，电导率可高达2×102Ω-1〃cm-1。
石墨：是一种导电性能良好的大共轭体系，受石
墨结构的启发，美国贝尔实验室的卡普朗（M. L.
Kaplan）和日本的村上睦明等人分别用了3, 4,
9, 10—二萘嵌苯四酸二酐（PTCDA）进行高温
聚合，制得了有类似石墨结构的聚萘，具有优良
的导电性。
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2、典型的共轭聚合物
聚萘的合成过程：
O C O C O C O C O O 520~530℃ -CO CO2
1、共轭体系的导电机理
受阻共轭：是指共轭链分子轨道上存在“缺陷”，
当共轭链中存在庞大的侧基或强极性基团时，往
往会引起共轭链的扭曲、折叠等，从而使π电子离 域受到限制。
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2、结构型导电高分子
一、共轭聚合物的电子导电
1、共轭体系的导电机理
π电子离域受阻程度越大，则分子链的电子导电性 就越差，如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。
无阻共轭链的例子。
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一、共轭聚合物Байду номын сангаас电子导电
1、共轭体系的导电机理
聚并苯
σ＝10-4Ω-1〃cm-1
热解聚丙烯腈
σ＝10-1Ω-1〃cm-1
N N N N N
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2、典型的共轭聚合物