结构型导电高分子
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
导电高分子材料聚吡咯资料讲解
导电高分子的分类
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。
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。
一般认为，四类聚合物具有导电性：高 分子电解质、共轭体系聚合物、电荷转 移络合物和金属有机螯合物。其中除高 分子电解质是以离子传导为主外，其余 三类聚合物都是以电子传导为主的。
3、3-取代聚吡咯的合成：易溶解、加 工
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质子酸机理: 。所谓质子酸机理，即高 聚物链与掺杂剂之间无电子的迁移，而 是掺杂剂的质子附加于主链的碳原子上， 质子所带电荷在一段共轭链上延展开来， 如式(3)所示
三、PPy的制备及其影响电导率的
因素
目前，PPy导电高分子材料的制备主要 有2 种方法：电化学合成法和化学氧化 法。其中，化学氧化法得到的一般为粉 末样品，而电化学合成法则可直接得到 导电PPy 薄膜。
电化学合成法：电化学合成法是通过控 制电化学氧化聚合条件(含吡咯单体的 电解液、支持电解质和溶剂、聚合电位、 电流和温度等)，在电极上沉积为导电 PPy薄膜
影响电化学合成法制备的PPy导电性的 因素主要有掺杂剂、介质的选择、反应 体系的理化性质等。
掺杂剂：经实验表明但吡咯单体和电解 液的浓度分别为0.2和0.3mol/L，温度 为0℃，电流密度为0.3mA/cm2 时，
二、聚吡咯导电机理
优点：具有共轭双键的导电高分子聚吡 咯由于合成方便、抗氧化性能好，与其 他导电高分子相比，因具有电导率较高、 易成膜、柔软、无毒等优点
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。
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。
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。
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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
· · · · · · · · ·
导电高分子的一些基础知识
概念：具有共轭π键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其有绝缘体变为导体。
导电高分子特点主要是：一，接近于金属的高电导率，且变化范围大；二，在溶液或干燥的环境下能显示出良好的耐腐蚀性；三，由液相沉积，因而有良好的形态学（morphology）性质。
应用：微孔沉积和薄膜技术电极材料微波材料分析化学催化气体和生物传感器电致变色显示器件人造肌肉。
本征型（结构型）：以共轭聚合物为代表的具有固有导电性的高分子，具有分子轨道强烈离域和分子轨道相互重叠的特点。
共轭链中的π电子数越多，电子活化能越低，导电性越强。
(1) 芳香类，如聚芳香胺、聚苯乙烯；(2) 苯类，如聚对苯撑；(3) 非苯类，如聚1 8-二氨基萘、聚1-氨基蒽（如图1）等；(4) 杂环化合物，如聚吡咯类、聚噻吩类、聚吲哚类等。
分为离子型和电子型。
复合型（掺杂型）：本身不具有导电性，以普通的绝缘体聚合物为主基质，对其进行掺杂，掺入导电物质的高分子制成。
掺杂：1、化学和电化学p-掺杂。
2、化学和电化学n-掺杂。
3、光掺杂。
4、电荷注入掺杂。
5、非氧化还原掺杂。
导电高分子内部结构的三种情况：（1）一部分导电颗粒完全连续的相互接触形成电流通路，相当于电流流过的电阻。
（2）一部分导电颗粒不完全连续接触，其中不相互接触的导电颗粒之间由于隧道效应而形成电流通路，相当于一个电阻与一个电容并联后再与电阻串联的情况。
（3）一部分导电粒子完全不连续，导电颗粒间的聚合物隔离层较厚，是电的绝缘层，相当于电容器的效应。
在实际应用中，为了使导电填料用量接近理论值，必须使导电颗粒充分分散。
若导电颗粒分散不均匀，或在加工中发生颗粒凝聚，则即使达到临界值（渗滤阈值），无限网链也不会形成。
聚乙炔：在低温下，价带中的电子不能越过能隙而激发到导带中去当温度达到相变温度时热能使电子越过能隙导带中出现了电子价带中留下了空穴电子和空穴在链中运动而成了导体。
由于聚乙炔能隙很大(约1. 5eV) 其对应的派尔斯相变温度达到数千摄氏度在这样的高温下聚乙炔早已分解所以在通常温度下纯净聚乙炔总是不导电的只有掺杂后才能导电。
导电高分子
典型的共轭导电聚合物
1）聚乙炔（PAc) 掺杂剂I2、AsF5、FeCl3、 SnCl4、Li+、Na+等，电导率103-2*105S•cm-1 2) 聚噻吩（PTh),掺杂剂I2、SO42-、FeCl3、 AlCl4、Li+、ClO4-等，电导率10-600S•cm-1 3) 聚吡咯（PPy），掺杂剂I2、 SO42- 、 ClO4-、BF4-、Br-等，电导率103S•cm-1 4)聚苯胺（PAn)，掺杂剂SO42- 、 ClO4-、BF4等，电导率102S•cm-1
碳纳米管的高分辨 TEM图
氮化硅纳米丝
(5)晶须填充型导电高分子
晶须增强机理
晶须桥联
裂纹偏转
高聚物的导电机理
1.物质的电导率 物质的电导率σ 取决于载流子（电子、 空穴、离子等）的密度n和代表载流子的运 动难易程度的迁移率μ ，其关系为： σ =enμ 式中：e为电子电荷（1.6*10-19C），大部分 金属的n在1028m-3以上，绝缘体的n低于 1016m-3.
图2 聚3-烷基噻吩合成路线
聚吡咯（PPy)
聚吡咯（PPy）的研究始于80年代，1985年， 日本的Takea Ojio和Seizo Miyata首先开发了 PPy复合膜，从而使聚吡咯拓宽了应用，如今 聚吡咯亦有多种，如聚（3-烷基）吡咯 （PAP）、聚（3-烷基噻吩）吡咯（PATP） 等。 此外结构型（共轭）导电高分子还发明了聚 对苯撑（PPP）、聚苯乙炔（PPV）、聚双乙 炔（PDA）、聚并苯（PAS）、聚噻吩乙炔 （PTV）、聚丁炔（PPB）等。
导电高分子材料的种类
1.结构导电高分子（Structural conduictive polymeric materials) 结构型导电高分子是指高分子本身或少量掺杂后 具有导电性质，一般是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， 从导电时载流子的种类来看，结构型导电高分子 主要分为两类 . 离子型导电高分子（Ionic Conductive Polymers)和电子型导电高分子 (Ionic Electrically conductive polymers) 。
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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பைடு நூலகம்
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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
论文资料：导电高分子材料及其应用
导电高分子材料及其应用学生姓名：指导老师：1．前言长期以来,高分子材料由于具有良好的机械性能,作为结构材料得到了广泛的应用。
关于电性能,人们一直只利用高分子材料的介电性,将其作为电绝缘材料使用,而它的导电性的发现,研究及开发则比较晚,直到1977年才发现了第一个导电有机聚合物———掺杂型聚乙炔(用电子受体掺杂) ,电导率可提高约12个数量级,最高可接近103S/cm,达到金属Bi的电导率。
导电高分子材料以其易于成型加工、耐腐蚀、质量轻等优点,越来越受到重视。
2．导电高分子材料的分类及性能80年代以来，作为高分子材料发展的一个新领域，导电高分子材料的研究与开发已成为功能材料研究的一个重要方面。
按导电本质的不同，导电高分子材料分复合型和结构型两种。
前者是利用向高分子材料中加入各种导电填料来实现其导电能力，而后者是从改变高分子结构来实现其导电能力。
2.1 复合型导电高分子材料复合型导电高分子材料是指经物理改性后具有导电性的材料。
一般是指将导电性填料经改性后掺混于树脂中制成的。
根据导电填料的不同，又可分为碳黑填充型及金属填充型。
复合型材料是目前用途最广用量最大的一种复合型导电材料。
2.1.1 碳黑填充型碳黑填充型导电材料是目前复合型导电材料中应用最广泛的一种。
一是因为碳黑价格低廉、实用性强。
二是因为碳黑能根据不同的导电要求有较大的选择余地。
聚合物碳黑体系电阻率可在10~108W之间调整，不仅可以消除和防止静电，还可以用作面装发热体，电磁波屏蔽以及高导体电极材料等。
三是导电持久稳定。
其缺点是产品颜色只能是黑色而影响外观。
碳黑填充型导电机理可用导电能带、隧道效应和场致发射发射来解释。
2.1.2 金属填充型导电材料金属填充型导电高分子材料起始于70 年代初期，开始仅限于金属粉末填充用于消除静电的场合或用于金、铁、铜粉配制导电粘合剂。
目前已使用的方法有表面金属化和填充金属型两种。
表面金属化即采用电镀、喷涂、粘贴等方法使塑料制品表面形成一层高导电金属。
盘点防静电包装材料的七大类型
根据材料获得抗静电功能的工艺方法不同，可以把防静电包装材料的制造方法分为抗静电剂处理型、导电材料填充型、镀层型、涂层型、表面改性型、结构导电聚合物。
一是抗静电剂处理型防静电包装材料。
用抗静电剂对包装材料表面进行处理或进行深层复合处理，以降低原来材料的电阻，提高导电性，从而达到消除静电的目的。
一般而言，抗静电剂处理工艺简单、成本较低、生产方便，对设备无特殊要求，因而在实际生产中占有一定的地位。
抗静电剂按工艺方法分为外用抗静电剂和内部抗静电剂两大类。
内部抗静电剂的防静电效果较外用抗静电剂为好，设计时一要充分考虑内部抗静电剂向表面补充迁移的速度，二要注意不污染包装件，特别是药物和食品更应符合有关安全卫生标准。
二是导电填料填充型防静电包装材料。
所谓导电填料，是能赋予导电性能的一类物质。
其种类繁多，按其性能来分主要有5种系列，即金属系、碳系、金属氧化系、金属化纤维系、有机高分子系。
对填充型防静电包装材料研究得较多的是炭黑体系填充防静电材料，用得最多的是工业炭黑，特使是乙炔黑和高温石墨化炭黑，因其结构稳定，不易氧化，容易在高分子中形成伸展的链式或网状组织，可以得到优良的防静电性能。
三是镀层型防静电材料。
要在高分子填料表面形成一层导电的金属镀层，通常采用的有电镀、化学镀、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、热喷镀（涂）等工艺方法。
这些工艺均属于表面工程领域。
高分子材料电镀最常见的就是塑料电镀，其工艺步骤包括材料去油、粗化、敏化、活化、化学镀和电镀等工序，实际上它是高分子材料学和电镀学这两门学科有机地结合起来的新工艺技术。
常见的塑料基材有ABS、PP、PA、PMMA、PC、PET、PVC等。
四是涂层型防静电材料。
采用涂覆技术，将导电性涂料涂覆在绝缘性高分子材料表面形成均匀的涂层，赋予其导电性能，使之成为具有防静电功能的材料。
采用这类工艺的材料均是涂层型防静电包装材料。
五是表面改性型防静电包装材料。
在进行接枝共聚时，先用射线对单体混合物进行辐照处理，可使共聚物获得良好的抗静电性能。
结构型导电高分子
受阻共轭：共轭链中存在庞大的侧基或强极性基团，会引起共轭链的扭 曲、折叠等，从而使π电子离域受限制。
• 聚烷基乙炔
10-15～10-10Ω-1cm-1
• 脱氯化氢PVC
聚环氧乙烷-碱金属盐的快离子导电：1973年，英国科学家Wright
发现PEO与某些碱金属盐，如CsS导率10-4～10-5Ω-1cm-1，载流子数目多或迁移 快，被称为快离子导体或高离子导体。常被用作固体电池的电解 质隔膜。
机理：PEO与无机盐具有强络合能力。正离子由螺旋构型的聚醚所包围， 沿着螺旋状空腔所提供的特殊通道迁移而产生正离子导电。在络合物 的晶相中，离子不会迁移，而在半结晶聚合物的非晶态相中，正负离 子都可以迁移。
聚萘：PTCDA进行高温聚合，制得类似石墨结构的聚萘。导电性与反应 温度有关，反应温度越高，石墨化程度越高，导电性越大。在1200度 制得的聚萘，电导率1000Ω-1cm-1。贮存稳定性好，随环境温度变化 小。可用作导电碳纤维、高能电池的电极材料和复合型导电高分子的 填充料。
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
10-12～10-9Ω-1cm-1
2.2.2 共轭聚合物的掺杂性及导电性
聚合催化剂残留或共轭聚合物本征性质，导致电导率不高。然而共轭 聚合物的能隙很小，电子亲和力很大，能与电子受体或给体发生电荷转
导电机理与结构特征
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
所有已知的电子导电型高分子材料的共同结构特
防蚀涂料 能够防腐蚀，可以用在火箭、船舶、石油管道等
导电高分子材料的应用
电化学掺杂/去掺杂之可逆性的应用－电变色组件
共轭高分子在电化学氧化还原时都会产生变色现象。电变色 性在汽车防眩后视镜、光信息储存组件、太阳眼镜、军事用途护 目镜、飞机驾驶舱遮篷及智能窗等可控制电变色性质的应用上具 有极大的发展潜力。
S 聚噻吩
聚苯胺
导电机理与结构特征
π电子虽具有离域能力，但它并不是自由 电子。因为电子若要在共轭π电子体系中自由 移动，首先要克服价带与导带之间的能级差。
因此，这一能级差的大小决定了共轭性 聚合物的导电能力的高低。
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导电机理与结构特征
而减小能级差，改变能带中电子的占有状况，提 高导电高分子材料导电能力。
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。
关于导电高分子的定义,分类,特性及应用(综合教育)
7.雷达隐身材料
导电性可以在绝缘体、半导体、金属导体之 间变化,——不同的吸波性能 ❖ 密度小——轻 ❖ 加工性能——薄 ❖ 稳定性较好——高温使用
应用分析
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8.电显示材料
❖ 掺杂/脱掺杂实现导体-绝缘体之间的转变， ❖ 且电位、PH、掺杂量等变化伴随颜色变化，
——可用于电显示
应用分析
36
七、问题与挑战
应用分析
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本征型：
名称 聚乙炔
结构
聚噻吩
(
)
Sn
聚吡咯 聚苯胺
(
)
Nn
H
(
NH )n
聚苯
(
)
n
应用分析
等
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四 导电高分子材料的导电机理
有机化合物中的σ 键和π键
在有机共轭分子中，σ键是定域键，构成分子骨架；而垂直于分子平 面的p轨道组合成离域π键，所有π电子在整个分子骨架内运动。离域π键 的形成，增大了π电子活动范围，使体系能级降低、能级间隔变小，增加 物质的导电性能。
添补后的聚合物形成盐类，产生电流的原因并不是碘 离子或钠离子而是共轭双键上的电子移动。
应用分析
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掺杂导电高分子材料的导电机理
碘分子从聚乙炔抽取一个电子形成I3－，聚乙炔分子形成带正电 荷的自由基阳离子，在外加电场作用下双键上的电子可以非常容易 地移动，结果使双键可以成功地延着分子移动，实现其导电能力。
5.生物传感器--电化学掺杂/去掺杂之可逆性的应用
葡萄糖传感 器、尿素传 感器、乳酸 传感器、胆 固醇传感器
应用分析
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6.气体传感器
导电高分子与大气某些介质作用----电 导率改变, 除去介质----恢复。（掺杂/ 或脱掺杂过程）。
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聚苯硫醚：较高的热稳定性、优良耐化学腐蚀性以及机械性能的热塑性 材料。纯净的聚苯硫醚是优良的绝缘体（10-15Ω-1cm-1），经AsF5 掺杂后，电导率高达200Ω-1cm-1，这是因为在掺杂时分子链上相邻 的两个苯环上的邻位碳-碳原子间发生交联反应，形成噻吩环。
热解聚丙烯腈：本身具有较高的导电性，不经掺杂电导率0.1Ω-1cm-1。 这是因为聚丙烯腈在高温下热解环化、脱氢形成的含氮芳香结构的产物， 如果进一步热解至氮完全消失，电导率高达10Ω-1cm-1。聚丙烯腈热解制 得的导电纤维，称为黑色奥纶（black Orlon）。
能隙小的共轭聚合物，才有可能具有较高的导电性。因为能隙小 时，离子化电位低，电子亲和力大，容易进行掺杂。
2.2.3 典型共轭聚合物
聚乙炔：电导率不高，反式为10-3Ω-1cm-1，顺式为10-4Ω-1cm-1，但极易 被掺杂。顺式聚乙炔在碘蒸气进行P型掺杂，电导率可提高到 102×104Ω-1cm-1，而掺杂AsF5后，电导率达到5.6×104Ω-1cm-1。掺杂量 一般为0.01%～2%，超过2%，电导率几乎不再提高。聚乙炔仍不能 作为导电材料推广主要原因是：空气中暴露一个月，电导率下降一 个数量级；聚乙炔高度刚性聚合物，不溶不熔，加工十分困难。
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。
聚环氧乙烷-碱金属盐的快离子导电：1973年，英国科学家Wright
发现PEO与某些碱金属盐，如CsS、NaI、NaSCN等能形成络合物， 具有离子导电性。电导率10-4～10-5Ω-1cm-1，载流子数目多或迁移 快，被称为快离子导体或高离子导体。常被用作固体电池的电解 质隔膜。
机理：PEO与无机盐具有强络合能力。正离子由螺旋构型的聚醚所包围， 沿着螺旋状空腔所提供的特殊通道迁移而产生正离子导电。在络合物 的晶相中，离子不会迁移，而在半结晶聚合物的非晶态相中，正负离 子都可以迁移。
2. 结构型导电高分子
2.1 高分子电解质的离子导电
高分子电解质的导电性主要体现在高分子离子的对应反离子作为载流 子而显示离子传导性。种类：阳离子聚合物、阴离子聚合物和非离子型 聚合物。
高分子电解质固体：导电性差，电导率10-12～10-9Ω-1cm-1，但湿度越大，
高分子电解质越易解离，载流子数目越多，电导率就越大。工业主要用 作纸张、纤维、橡胶、仪表壳体等的抗静电剂。
共轭聚合物的分子链越长，π电子数越多，电子越易离域，则导电性越 好。此外，共轭链的结构也影响导电性。共轭链可分为“受阻共轭”和 “无阻共轭”。
受阻共轭：共轭链中存在庞大的侧基或强极性基团，会引起共轭链的扭 曲、折叠等，从而使π电子离域受限制。
• 聚烷基乙炔 10-15～10-10Ω-1cm-1
• 脱氯化氢PVC 10-12～10-9Ω-1cm-1
2.2.2 共轭聚合物的掺杂性及导电性
聚合催化剂残留或共轭聚合物本征性质，导致电导率不高。然而共轭 聚合物的能隙很小，电子亲和力很大，能与电子受体或给体发生电荷转 移。如，聚乙炔添加碘或五氧化砷等电子受体，π电子向受体转移，电导 率增至104Ω-1cm-1。这种因添加电子受体或电子给体提高电导率的方法称 为“掺杂”。 共轭聚合物掺杂浓度可以很高，最高可达每个链节0.1个掺杂剂分子。 随掺杂量的增加，电导率由半导体区似石墨结构的聚萘。导电性与反应 温度有关，反应温度越高，石墨化程度越高，导电性越大。在1200度 制得的聚萘，电导率1000Ω-1cm-1。贮存稳定性好，随环境温度变化 小。可用作导电碳纤维、高能电池的电极材料和复合型导电高分子的 填充料。