本征型导电高分子
导电高分子材料
导电高分子材料高分子材料自问世至今,已经有一百多年的历史。
1856年硝化纤维作为第一个塑料专利问世,20世纪60年代;许多性能优良的工程塑料相继投入工业化生产;20世纪80年代,材料科学已渗透各个领域,可以说已经进入高分子时代。
大多数高分子材料都是不导电的,因而高分子材料被广泛地作为绝缘材料使用。
1862年,英国Letheby在硫酸中电解苯胺而得到少量导电性物质;1954年,米兰工学院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4为催化剂制得聚乙炔;1970年,科学家发现类金属的无机聚合物聚硫氰(SN)x具有超导性,有机高分子与无机高分子导电聚合物的开发研究合在一起开始了探寻之旅。
1974年日本筑波大学H.Shirakawa在合成聚乙炔的实验中,偶然地投入过量1000倍的催化剂,合成出令人兴奋的有铜色的顺式聚乙炔薄膜与银白色光泽的反式聚乙炔。
1980年,英国Durham大学的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。
1983年,加州理工学院的H.Grubbs以烷基钛配合物为催化剂将环辛四烯转换了聚乙炔,其导电率达到35000S/m,但是难以加工且不稳定。
1987年,德国康采思巴斯夫公司BASF科学家N.Theophiou对聚乙炔合成方法进行了改良,得到的聚乙炔电导率与铜在同一数量级,达到107S/m。
导电高分子材料的研究和发展开始逐渐走向成熟,并且亟待着可以走向应用领域,导电高分子材料已经在功能高分子材料及导电体中占有重要的地位。
一.导电高分子的定义与导电机理导电高分子又称为导电聚合物,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。
导电高分子材料是一类兼具高分子特性及导电体特征的高分子材料。
按结构和制备方法不同,可将导电高分子材料(CPs)分为复合型与本征(结构)型两大类。
结构性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)。
导电高分子论文(精)
导电高分子材料的分类及应用王英【摘要】导电高分子材料具有高电导率、半导体特性、电容性、电化学活性,同时还具有一系列光学性能等, 具有与一般聚合物不同的特性。
本文介绍了近几年来导电高分子材料的研究进展及其在各个领域的应用。
并根据导电高分子材料的研究和应用现状分析了其今后的研究趋势,并展望了其应用前景【关键词】导电高分子 ; 导电机理 ; 应用0 前言自从 1977年美国科学家黑格(A.J.Heeger 和麦克迪尔米德(A.G.MacDiarmid 和日本科学家白川英树(H.Shirakawa 发现掺杂聚乙炔(Polyacetylene,PA 具有金属导电特性以来,有机高分子不能作为电解质的概念被彻底改变。
也因此诞生了一门新型的交叉学科 -导电高分子。
这个新领域的出现不仅打破了高分子仅为绝缘体的传统观念 , 而且它的发现和发展为低维固体电子学 , 乃至分子电子学的建立和完善作出重要的贡献 , 进而为分子电子学的建立打下基础 , 而具有重要的科学意义。
所谓导电高分子是由具有共轭∏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。
导电高分子具有特殊的结构和优异的物理化学性能使它在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件 , 以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术上有着广泛、诱人的应用前景。
因此 , 导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。
经过近 30多年的发展, 导电高分子已取得了重要的研究进展。
1 导电高分子材料的分类按照材料结构和制备方法的不同可将导电高分子材料分为两大类 :一类是结构型 (或本征型导电高分子材料 , 另一类是复合型导电高分子材料。
1.1 结构型导电高分子结构型导电高分子材料是指本身具有导电性或经掺杂后具有导电性的聚合物材料, 也称作本征型导电高分子材料, 是由具有共轭∏键或部分共轭∏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,如聚吡咯 (PPy、聚苯胺 (PAn、聚乙炔 (PA等。
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。
导电涂层分类
导电涂层分类
导电涂层可以根据不同的分类标准进行分类。
以下是常见的分类方式:
1. 根据应用材料分类:导电涂层可以分为本征型和掺杂型。
本征型导电涂料是以导电高聚物为成膜物质的涂料,而掺杂型导电涂料则是利用导电物质如金属粉末、碳黑、金属氧化物等掺杂到涂层中来提高其导电性能。
2. 根据溶剂类型分类:导电涂层可以分为水剂体系和有机溶剂体系两类。
3. 根据成膜方式分类:导电涂层可以分为冷干燥型、热固化型和紫外固化型三大类。
4. 根据涂料组成和作用机理分类:导电涂层可以分为结构型(本征型)和填充型(复合型)两种。
其中,填充型导电涂层是目前较为常见的一种,其制备原理是将具有导电性能的填料添加到高分子聚合物中,再通过一定的加工工艺形成涂层。
此外,根据使用要求和性能特点,导电涂层还可以分为透明导电涂层、防静电涂层、电磁屏蔽涂层等。
透明导电涂层主要用于制造透明显示屏幕、触控面板等;防静电涂层主要用于防止静电对电子设备造成损害;电磁屏蔽涂层主要用于屏蔽电磁波对电子设备的影响。
总的来说,导电涂层的分类方式多种多样,可以根据具体的应用场景和需求进行选择。
不同类型的导电涂层具有不同的性能特点,适用于不同的领域和用途。
导电高分子
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参考文献
[1] 寇建兰,叶德胜.导电高分子材料.江西
化工.2004年,第4期 [2] 付东升,张康助,张强.导电高分子材料研 究进展.现代塑料加工应用.2004年2 月,第16卷,第1期 [3] 杨永芳,刘敏江.导电高分子材料研究进 展.工程塑料应用.2002,第30卷,第7期 [4] 乔永生,沈腊珍.有机导电高分子材料的 导电机制.2005年4月
导电高分子
一 、导电高分子分类 二、 导电高分子制备方法 三 、导电高分子导电机理 四、 导电高分子的应用 五、 导电高分子聚苯胺简介
一、导电高分子分类
• 导电高分子材料可分为复合型和结构 型两类。
• 知识结构
高分子和导电剂的种类
复合型导 电材料
根据不同的电阻率时的分类
分 类
结构型导 电材料
离子型 电子型
B. 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(至 少是不饱和键体系),长链中的π键电子较为活泼 , 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。
(1)要能产生足够数量的载流子(电子、空穴或离子 等); (2)大分子链内和链间要能够形成导电通道。
A.
离子型导电高分子材料
① 非晶区扩散传导离子导电
无论是线型、分枝型还是网状对于大多数聚 合物来说,完整的晶体结构是不存在的,基本属 于非晶态或者半晶态。离子导电聚合物的导电方 式主要属于非晶区扩散传导离子导电,即非晶区 传输过程。
② 自由体积导电理论 虽然在玻璃化转变温度以上时聚合物呈现 某种程度的“液体”性质,但是聚合物分子的 巨大体积和分子间力,使聚合物中的离子仍不 能像在液体中一样自由扩散运动,聚合物本身 呈现的仅仅是某种粘弹性,而不是液体的流动 性。 例如: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”)。
四种导电涂料的特征及用途详解
四种导电涂料的特征及用途详解功能导电涂料是伴随现代科学技术而迅速发展起来的特种功能涂料,至今约有半个世纪的发展历史。
1948年,美国公布了将银和环氧树脂制成导电胶的专利,这是最早公开的导电涂料。
我国也在20世纪50年代开始研究和应用导电涂料。
近几十年来,导电涂料已在电子、电器、航空、化工、印刷等多种军、民用工业领域中得到应用。
与此相应,导电涂料的理论研究也得到迅速发展,并促进了应用技术的日益成熟与完善。
导电漆就是能用于喷涂的一种油漆干燥形成漆膜后能起到导电的作用,从而屏蔽电磁波干扰的功能。
屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。
具体讲,就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来,防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来,防止它们受到外界电磁场的影响。
导电漆就是用导电金属粉末添加于特定的树脂原料中以制成能够喷涂的的油漆涂料。
种类导电涂料根据应用特性,可以归纳为四大类:1.作为导电体使用的涂料,如:混合式集成电路,印刷线路板,键盘开关,冬季取暖和汽车玻璃防霜的加热漆,船舶防污涂料等。
2.辐射屏蔽涂料,如无线电波,电磁波屏蔽。
3.抗静电涂料4.其他,如电致变色涂层,光电导涂层。
对于导电涂层的导电性能,通常有三种表征:体积电阻率或电导率;表面电阻率;静电衰减率。
本征型本征型导电涂料是指以本征型导电聚合物为成膜物质所制成的导电涂料。
导电高分子用于导电涂料的制备方法大多集中在直接利用导电高分子作成膜树脂、导电高分子与其他树脂混合使用、导电高分子材料作为导电填料使用等方面,其中最典型的代表有聚苯胺、聚吡。
功能高分子复习资料
功能高分子—上篇—李晓东篇第一章功能高分子材料总论I 功能高分子材料概述★什么是功能高分子材料?高分子主链上或支链上加上一种或几种具有某些特殊性质的基团,使它能在光、电、磁、阻燃和耐高温等性能方面有特殊的性质,对物质的能量和信息具有传输、转化或贮存的作用。
★功能高分子材料如何分类?①按照性质和功能分为:反应型高分子、光敏高分子、电活性高分子、膜型高分子功能、吸附性高分子、高性能工程材料、高分子智能材料;②按照用途分为:医用高分子、分离用高分子、高分子化学反应试剂、高分子染料。
II功能高分子材料的结构与性能的关系★功能高分子的结构层次如何划分?元素组成、官能团结构、链段结构、微观构象结构、超分子结构和聚集态、宏观结构。
(由微观到宏观)★功能高分子材料的构效关系指什么?结构的变化产生性能变化之间的关系★官能团的性质与聚合物功能之间有什么关系?I.功能高分子的性质主要取决于所含的官能团;II.功能高分子的性质取决于聚合物骨架与官能团的协同作用;III.官能团与聚合物不可区分;IV.官能团在功能高分子中起辅助作用。
(骨架作用越来越大)★聚合物骨架有何作用?I.溶解度下降效应;II.机械支撑作用;III.模板效应;IV.稳定作用;V.其他作用。
★简述聚合物骨架的种类和形态。
主要有线性聚合物、分支聚合物、交联聚合物:I.以聚乙烯、聚苯乙烯、聚苯醚等为代表的饱和碳链型聚合物;II.以聚酯、聚酰胺骨架为代表的聚合物;III.以多糖和肽链为代表的大分子;IV.以聚吡咯、聚乙炔、聚苯等为主链带有线性共轭结构的聚合物;V.以聚芳香内酰胺为主链的梯形聚合物。
★简述高分子材料与功能相关的性质。
①聚合物的溶胀和溶解性质(溶剂分为两性溶剂、溶胀剂和非溶剂。
其交联度和溶胀度成反比主要是因为交联度越大,网隙率越小,溶剂越难渗入)②聚合物的多孔性;③聚合物的渗透性;④功能高分子的稳定性(机械稳定性和化学稳定性)。
III功能高分子材料的制备策略★简述功能高分子材料的制备的常用方法。
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
本征型导电高分子课件
面临的挑战
01
02
03
材料的导电稳定性
材料的加工性能
材料的成本
本征型导电高分子材料在连续使用过程中 ,可能会由于过度氧化、水解等原因导致 导电性能下降,影响其在实际应用中的稳 定性。
本征型导电高分子材料通常具有较高的分 子量和复杂的结构,这使得它们在加工过 程中可能面临流动性差、易降解等问题, 限制了其应用范围。
生物医学应用
总结词
本征型导电高分子在生物医学领域应用 广泛,可用于制造生物兼容性材料、药 物载体、生物医学检测等。
VS
详细描述
本征型导电高分子材料具有良好的生物兼 容性和可加工性,可用于制造生物医学检 测的电极和药物载体。其中,聚苯胺、聚 吡咯等导电高分子材料已成功应用于生物 医学检测和药物载体的制造。
详细描述
由于本征型导电高分子材料对外部刺激具有敏感性和响应性 ,因此可用于制造各种传感器。其中,聚苯胺、聚吡咯等导 电高分子材料已成功应用于化学传感器和生物传感器的制造 。
太阳能电池
总结词
本征型导电高分子在太阳能电池领域应用广泛,可用于制造染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池等 。
详细描述
本征型导电高分子材料具有优良的导电性能和可加工性,可用于制造太阳能电池的活性层和传输层。 其中,聚噻吩、聚吡咯等导电高分子材料已成功应用于染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池的制造 。
目前,本征型导电高分子材料的合成过程 较为复杂,且产率较低,导致其成本较高 ,限制了它们在低成本领域的应用。
研究展望
材料稳定性改进
针对本征型导电高分子材料稳定 性问题,可以研究新型的防氧化 剂、抗水解剂等保护性添加剂,
以提高材料的稳定性。
材料加工性能改善
《导电高分子》
精选ppt
3
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。
上述三位科学家因此分享2000年诺贝尔化学奖。
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4
导电性有机高分子材料的作用?
精选ppt
5
导电高分子兼具有机高分子材料的性能及半导 体和金属的电性能,具有重量轻,易加工成各种复 杂的形状,稳定性好及电阻率可在较大范围内调节 等特点,可满足了人们对导电材料的需要。
42
高分子基料的作用: 将导电颗粒牢固地粘结在一起,使导电高分子 具有稳定的导电性,同时它还赋于材料加工性。
导电填料的作用: 提供载流子。
导电填料的形态、性质和用量
直接决定材料的导电性。
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43
常用的导电填料:金粉、银粉、铜粉、镍粉、 钯粉、钼粉、铝粉、钴粉、镀银二氧化硅粉、镀银 玻璃微珠、炭黑、石墨、碳化钨、碳化镍等。
银粉具有最好的导电性,故应用最广泛。 炭黑虽导电率不高,但其价格便宜,来源 丰富,因此也广为采用。
精选ppt
44
部分导电填料的电导率
材料名称 银 铜 金 铝 锌 镍 锡 铅 汞 铋
石墨 碳黑
电导率 /(Ω-1·cm-1) 6.17×105 5.92×105 4.17×105 3.82×105 1.69×105 1.38×105 8.77×104 4.88×104 1.04×104 9.43×103 1~103 1~102精选ppt
反应温度 530 600 800 1000 1200
σ /Ω-1·cm-1 2×10-1
10 2×102 5.7×102 1.1×103
精选ppt
37
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。
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。
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。
金属导电漆的种类有哪些
金属导电漆的种类有哪些油漆在家居装修和工业生产等多种领域都有广泛运用,所以油漆的种类也有很多,今天我们来给大家说说金属导电漆是什么,以及金属导电漆种类有哪些,一起来看看吧!金属导电漆的种类有哪些什么是金属导电漆导电漆是防电磁波干扰屏蔽涂料的俗称。
导电漆是采用含铜、银等复合微粒作为导电颗粒,具有良好导电性能的一种油漆。
导电漆通过喷涂、刷涂的方法,使完全绝缘的非金属或非导电表面具有像金属一样的吸收、传导和衰减电磁波的特征,从而起到屏蔽电磁波干扰的作用。
导电漆的出现,有效的解决了非金属表面实现电联接的问题。
金属导电漆种类导电漆种类可分为本征型导电漆、掺杂型导电漆。
1:本征型导电漆本征型导电漆是以本征型导电聚合物为成膜物质所制成的导电涂料。
本征型导电漆主要应用于防腐抗静电涂料、电磁屏蔽涂料、吸波涂料等。
2:掺杂型导电漆掺杂型导电漆是指以高分子聚合物为基础加入导电物质,利用导电物质的导电作用来达到涂层电导率在10-12S/m 以上。
掺杂型导电漆又可分为以下几种:碳系导电涂料、金属系导电涂料、石墨导电涂料、金属氧化物导电涂料、纳米管导电涂料。
金属导电漆的作用生活中往往有很多材质非常适用,但因为不能导电,而被放弃,现在有了导电漆,就完全不用担心这个问题了,导电漆的发明正好解决了我们这个问题,并且它还能给我们节约很多的材料成本,也是一种非常有经济价值的油漆产品。
这种新型漆在市场上能够大卖一定有它的过人之处,考虑到导电漆的吸附能力,因此,导电漆一般都是涂在PC、ABS等非金属材料的表面,这样就可以当作金属导电使用,大大改进了我们的生活,如果其它的地方也确实需要适用导电漆,施工人员一般都会再导电漆的下面在涂上一层打底漆,以保证导电漆的吸附能力,让它效果到达最优化,延长它的使用寿命。
金属导电漆喷涂价格是多少由电镀银粒子制作而成的防电磁干扰的油漆,有着便捷、附着力好、省时省工、内聚力较强、平整、无疏松等特点。
适用于复合材料、金属为基础的计算器、手机、精密仪器等壳内的喷涂。
《高分子物理》第八章-高分子材料的电学性能
tg I R C0V * IC C0V *
(8-10)
式中δ称介电损耗角, tg 称介电损耗正切。
tg 的物理意义是在每个交变电压周期中,介质损耗的能 量与储存能量之比。
tg 越小,表示能量损耗越小。 理想电容器(即真空电容器)tg =0,无能量损失。
第八章 高分子材料的电学性能
是指在外加电场作用下材料所表现出来的介电性能、导 电性能、电击穿性质以及与其他材料接触、摩擦时所引起 的表面静电性质等。
本章主要学习的内容: 一、高分子的极化和介电性能 二、高分子的导电性能和导电高分子材料 三、高分子的静电特性
丰富多彩的导电性质
高分子材料可以是绝缘体、半导体、导体和超导体。
φ=90°-δ(图8-4)。仍设 器的电流 I * 为:
V * t V0ei,t 通过电容
I *i t
C0
dV * dt
i iC0V *
i C0 C0 V * I R iIC
(8-9)
图(8-4)交 变电场中电 容器的电流、 电压矢量图
式中,为 i 1 虚数单位。由上式看出,电流 I * 的位相
比电压 V * 超前 90 损耗的电功功率为
,即电流复矢量与电压复矢量垂直,其
P0
I*
V
*
0
。
对于电介质电容器,在交流电场中,因电介质取向极化跟不
上外场的变化,将发生介电损耗。由于介质的存在,通过电
容器的电流 I * 与外加电压V * 的相位差不再是90°,而等于
当电容器极板间充满均质电 介质时,由于电介质分子的极化, 极板上将产生感应电荷,使极板 电荷量增加到 Q0 Q ' (图8-2)。
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机理
RH2 - eEpa RH2+ 生成自由基
+ 2RH2
自由基偶合 RH—RH - eEpa RH2+
RH—RH -2H
+
+ [RH—RH]
[RH—RH—RH]2+ 2
[RH—R—RH]
继续生成自由基,脱氢重复,增长高分子链。
用通式表示为:
(x+2)RH2 Epa
+ HR—(R)—RH + (2x+2)H + (2x+2)(-e) x
四、电子导电聚合物的性能与应用
导电性能 应用于电极材料及吸波材料等。 电致变色性能 应用于制备无视角限制的显示器件及智能窗的研 究等。 电致发光性能 应用于电致发光器件。 化学催化性能 应用于分析化学、催化和化学敏感器的制作等方 面。
离子导电型高分子材料
离子导电必须具备两个条件:首先是具有 独立存在的正、负离子;其次是离子可以 自由移动。 离子导电的最大不同在于载流子,因离子 体积较大,所以绝大部分离子导体是液体。 某些固体材料也具有离子导电性,被称为 固体电解质。包括离子导电高分子材料和 无机固体导电材料。
n-型掺杂是在高分子材料的导带中加入一个 电子, 使其呈半充满状态,分子轨道能量降 低, 从而减少能级差。常用萘基碱金属做为 掺杂剂。
经过掺杂,共轭性聚合物的导电性能往往 会增加几个数量级,甚至10个数量级以上。
各种掺杂聚乙炔的导电性 掺杂方法 未掺杂 p-型掺杂(氧化型) 掺杂剂 顺式聚乙炔 反式聚乙炔 碘蒸汽 五氧化二砷 电化学掺杂 导电值(S/cm) ~ 10-9 ~10
离子导电聚合物的自由体积导电理论
在一定温度下聚合物分子要发生一定幅度 的振动,其振动能量足以抗衡来自周围的静 压力。在分子周围建立起一个小的空间来满 足分子振动的需要,振动所形成的这个小空 间被称为自由体积Vf。当振动能量足够大时, 自由体积会超过离子本身体积V,可能会互换 位置而发生移动。如果施加电场力,离子将 会定向运动,从而产生电流
但是对于聚合物仅具有上述结构还不够, 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。
以聚乙炔为例:
H C C H H C C H H C C H H C C H H C 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。
聚丙烯腈热解反应式为:
CH C N CH2 CH C N CH2 CH C N CH2
高温环化
CH C
CH2
CH C
CH2
CH C
N
N
CH
脱氢
C C N
C C
CH C C N
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。
离子导电聚合物的应用
离子导电聚合物最主要的应用领域是作为固 体电解质在各种化学器件中代替液体或半固 体电解质使用。 离子导电聚合物在全固态电池、高性能电容 器、化学敏感装置和新型电显示装置研究方 面具有应用潜力。
氧化还原型导电聚合物简 解
氧化还原型导电聚合物就是指在外 界一定电压的作用下,聚合物侧链或主 链的电活性集团发生可逆的氧化-还原 反应来输送电荷的一类高分子材料。
离子导电聚合物的自由体积导电理论
自由体积理论是解释非晶区导电的主要根据。 自由体积理论揭示了在玻璃化转变温度以上 时,聚合物分子的热振动可以在聚合物内创 造一些小的空间,使得在聚合物大分子间存 在的小体积物质(分子、离子或原子)的扩 散运动成为可能。自由体积越大,越有利于 离子的扩散,从而增加离子的导电能力。
离子导电聚合物的制备
常见的离子型导电聚合物:
名 称 缩写符号 作用集 团 可溶解盐类
聚环氧乙烷
聚环氧丙完
PEO
PPO
醚基
醚基
几乎所有阳离子和一价 阴离子 同上 LiBF4
LiCF3SO3
聚丁二酸乙二醇酯
聚葵二酸乙二醇 聚乙二醇亚胺
Pesuccinate
PE adipate PE imine
酯基
酯基 胺基
此外,当分子内含有能与阳离子形成配位键 的给电子基团,或配位基团时,聚合物与阳 离子的之间的相互作用力大大增强,有利于 形成盐解离成离子。 此时聚合物的介电常数只起次要作用。 目前发现得性能最好的离子导电聚合物分子 结构中大多含有聚醚结构,原因就在于此。
除了上述两种因素,分子量的大小、分子聚 合程度等内在因素以及温度、压力等外在因 素也会对离子导电聚合物的导电性能产生影 响。
本征型导电高分子材料
本征型导电高分子材料
高分子材料本身具有导电能力的被称为 本征型导电高分子材料。 本征型导电高分子材料内部不含其它导 电性物质,完全由导电性高分子材料本 身构成。 由于其高分子本身具备传输电荷的能力, 导电性能和支撑作用均由高分子本身承 担,因此被称为结构型导电高分子材料。
离子导电高分子材料
离子导电高分子材料导电所需条件:具有将 正负离子解离的溶剂化能力和允许体积较大 的离子迁移的结构。
固态离子导电机理
主要包括: 缺陷导电 无扰亚晶格离子迁移导电 非晶区扩散传导离子导电
非晶区传导离子导电
高分子材料多是非晶态或不完全结晶物质, 在非晶区呈现较大的塑形,由于链段的热运 动,内部物质具有一定迁移性质,依据这种 性质发生的离子导电过程被称为非晶区传导 离子导电。
聚吡咯的电化学聚合实例:
阳极氧化 N R -e N R 自由基偶合 N R R H H N
拖质子 -2H+ N R
R N
链增长 N N R R
R N N R
一般聚吡咯聚合阳极电压为 0.6V~1.2V(相 对于SCE)时产生单体和二聚体的自由基, 以 a为偶合. 但是, 不产生高聚物。保持在 1.2V 以上时生成的聚合体继续产生自由基, 偶合,脱氢使高分子链继续增长. 这证明反应 的第二步是阳离子自由基之间的偶合反应, 而不是阳离子自由基与单体的链增长反应.
一、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 结构特征为分子内具有非常大的共轭π电子 体系,具有跨键移动能力的π价电子成为这 一类高分子材料的唯一载流子。 例如聚乙炔,聚芳香烃和芳香杂环。
H N N H N H
H N N H
H N
S S SS SSH NH NH N
部分电子导电聚合物的分子结构
Tg以下:聚合物主要呈固态晶体性质,处于 冻结状态,离子不能在聚合物中作扩散运动, 几乎没有导电能力。 因此聚合物的玻璃化转变温度是作为高分子 固体电解质的下限温度。
影响玻璃化转变温度的主要因素是聚合物的 分子结构和晶体化程度。 可以通过降低分子间力来降低聚合物玻璃化 转变温度。
一、导电机理与结构特征
有机分子中电子以以下四种形式存在: (1) 内层电子:一般不参加化学反应。 (2) s 电子:键能较高,一般不易离域。 称为定域电子。 (3) n 电子:孤立存在时没有离域性。 (4) π 电子 :具有有限离域性, 随着共轭程 度的增加,离域性明显增加。
当有机化合物中具有共轭结构时,π电子体 系增大,电子的离域性增强,可移动范围 扩大。 共轭体系越大,离域性也越大。因此,当 共轭结构足够大时,化合物即可提供自由 电子。
分类
根据载流子的属性和导电形式划分为: 电子导电高分子材料(自由电子或空穴) 离子导电高分子材料(正负离子) 氧化还原导电高分子材料(氧化还原电 子转移)
导电高分子材料
金属、合金
导电材料
复合型 导电高分子 自由电子 本征型 载流子 正负离子 氧化还原 电子转移
4
电子导电型聚合物
导电过程需要载流子在电场作用下能够在 聚合物内做定向迁移形成电流。 内部具有定向迁移能力的自由电子或空穴 是聚合物导电的关键。
离子导电聚合物的聚合物络合理论
当分子内含有能与阳离子形成配位键的给电 子基团,或配位基团时,聚合物与阳离子的 之间的相互作用力大大增强,有利于形成盐 解离成离子。 聚合物络合理论对离子导电聚合物的溶剂化 能力有很好的解释。
聚合物玻璃化转变温度的影响
Tg以上:聚合物的物理性质发生显著变化, 类似于高粘度的液体,有一定的流动性,聚 合物中含有的小分子离子在电场作用下,在 其内部作一定程度的定向扩散运动,从而具 有导电性。且随着温度的提高,聚合物的流 变性等性质愈显突出,离子导电能力也得到 提高,但其机械强度有所下降。
3、聚合物导电率与分子中共轭链长度之间的 关系 聚合物内的价电子更倾向于沿着线型共轭 的分子内部移动,因此共轭链越长,越有 利于自由电子沿着分子共轭链移动,电导 率也就越大。
三、电子导电聚合物的制备
直接法 加聚反应
单体化合物
共轭聚合物 缩聚反应
反应
加成 反应
加聚反应 单体化合物 缩聚反应
消除
间接合成法
二、电子导电型聚合物的性质
1、掺杂 对线型共轭聚合物进行掺杂常用的两种方式 物质掺杂:加入第二种具有不同氧化态物 质进行掺杂。 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。
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。