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
. 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。
导电高分子的特征
导电高分子的特征导电高分子材料，即具有导电能力的高分子材料，其特征分别从以下几个方面来描述。
1. 导电性能好导电高分子的最大特征就是其导电性能好，通常具有较高的电导率，可以满足不同领域和应用的需求。
导电高分子的导电性能取决于材料种类、浓度、形态，以及电场强度等因素。
越高的浓度和接触面积，导电性越好。
但由于高分子的本质特性，导电高分子起伏极大，电子迁移重合体固有的难度，使得导电高分子的导电性相对于传统金属材料仍存在一定的限制，需要进一步进行研究和发展。
2. 抗氧化性能强因为导电高分子需在复杂环境下工作，所以要求材料本身具有很强的抗氧化性能，能够承受高温、化学腐蚀和电化学反应等多种恶劣环境条件。
抗氧化能力强的高分子可以有效保障其稳定性和性能的持久性，同时能够延长使用的寿命。
3. 高耐磨性由于导电高分子材料的高导电性，其需要在实际工作中承受较大磨损和强度冲击，因此必须具备高耐磨性。
合适的高分子材料可以增强其抗磨损性能，例如选用高分子中的有机-无机纳米材料，将具有体积小、强硬度、高反应性等优势，能够有效提升耐磨性能。
4. 可塑性好高分子主要由碳、氢、氧等非金属元素组成，相较于钢铁等传统金属更加柔韧和可塑。
导电高分子可以以特定的方式处理和改变其材料结构，可塑性好使得材料具有较高的可造性和设计性，能够更好地满足特定应用的需求。
5. 易加工、成型导电高分子的材料本质决定了其加工性能良好。
相较于传统金属材料更易于成形和加工。
制造导电高分子件可以使用成型、注塑、压差、挤出等多种方式，且成本相对较低，因此找到合适的导电高分子材料的利用成本相对比较实惠。
综上所述，导电高分子材料结构复杂多样，具有导电性能好、抗氧化性能强、高耐磨性、可塑性好和易加工性等特点，适用于各种领域和应用需求中。
虽然导电高分子在一些方面有着局限性，但伴随着科技、设计和工程技术的不断发展，导电高分子材料还有极大的创新和发展空间。
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
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
10
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。
18
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
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复合型导电高分子的导电填料
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。
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
感谢观看
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
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) 。
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
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。
导电高分子材料的导电性能
导电高分子材料的导电性能导电高分子材料是一类拥有良好导电性能的聚合物材料，其导电性能的研究对于新型电子器件的研发和应用具有重要意义。
导电高分子材料的导电性能与其分子结构、导电机制以及加工工艺等因素密切相关。
本文将对导电高分子材料的导电性能进行探讨。
一、导电高分子材料的分类导电高分子材料可以分为有机导电高分子材料和无机导电高分子材料两类。
有机导电高分子材料主要是通过改变分子结构来调控其导电性能，例如掺杂杂原子、引入大共轭结构等。
而无机导电高分子材料则是通过将导电离子或导电金属纳入聚合物基质中来实现导电，其导电性能较有机导电高分子材料更为突出。
二、导电高分子材料的导电机制导电高分子材料的导电机制主要包括掺杂导电机制和氧化还原反应导电机制。
对于有机导电高分子材料来说，掺杂导电机制是主要的导电方式，即通过将掺杂原子或离子引入到聚合物结构中来增加导电性能。
而对于无机导电高分子材料来说，其导电机制主要是通过固态离子传导来实现的，即导电离子在材料中自由移动来形成导电。
三、影响导电性能的因素导电高分子材料的导电性能除了与分子结构和导电机制有关外，还受到其他因素的影响。
其中材料的热稳定性、机械强度等性能对导电性能有重要影响。
此外，导电高分子材料的导电性能还受到环境温度、湿度等外部环境因素的影响，这也对其应用带来了一定的限制。
四、提高导电高分子材料的导电性能的方法为了提高导电高分子材料的导电性能，可以采用一些方法进行改性。
其中，掺杂是最常见的改性方法之一。
通过掺杂适量的导电离子或导电分子，可以增加材料的导电性能。
此外，也可以通过引入共轭结构或功能基团等方法来增加材料的导电性能。
另外，优化加工工艺也是提高导电高分子材料导电性能的关键，合理的加工温度和压力可以改善导电高分子材料的导电性能。
五、导电高分子材料的应用导电高分子材料具有广泛的应用前景。
首先，它们可以应用于柔性电子器件领域，如柔性显示器、可穿戴电子产品等。
其次，导电高分子材料还可以用于能源领域，如电池、超级电容器等。
导电高分子的原理
导电高分子的原理导电高分子是一种特殊的高分子材料，它具有导电性能，可以实现电流的传导。
导电高分子的原理涉及到材料的分子结构和电子运动机制。
导电高分子的分子结构在普通高分子材料的基础上经过了特殊设计和改性。
一般来说，导电高分子内部含有一定比例的导电剂，如导电填料或导电聚合物。
导电填料可以是金属颗粒、纳米碳管等，而导电聚合物则由特殊的导电单体聚合而成。
导电剂的加入使得高分子材料具有了导电能力。
导电剂在导电高分子中起到了载流子的提供和导电通道的形成的作用。
导电剂内部存在着大量的自由电子，这些自由电子能够在外加电场的作用下移动并负责电流的传导。
当外加电场作用于导电高分子时，导电剂中的自由电子开始运动，并通过导电通道在高分子材料内部传导电流。
导电高分子的导电机制可以分为两种类型，即注入型导电和本征型导电。
注入型导电是指导电剂内的自由电子来源于外部电极的注入。
通常，这种导电机制需要外加电势和电极来提供自由电子。
而本征型导电则是指导电剂内的自由电子是由于导电剂本身特殊的电子能带结构而形成的，并不需要外部电极的注入。
在导电高分子中，导电通道的形成是实现导电的关键。
导电填料或导电聚合物中的导电剂能够形成导电通道，自由电子能够在通道中进行移动并传导电流。
导电通道的形成要求导电剂分散均匀，并能够形成连续的电子路径。
同时，导电高分子材料的基质也需要具有一定的绝缘性能，以增强导电通道的连续性。
导电高分子的导电性能受到导电剂含量、导电剂类型、导电剂形态以及高分子材料的性质等多个因素的影响。
一般来说，导电剂含量越高，导电性能越好。
不同类型的导电剂具有不同的导电特性，如金属颗粒导电剂具有高导电性能，而纳米碳管导电剂则具有优异的力学性能和导电性能。
此外，导电剂形态也对导电性能有影响，如导电填料的尺寸、形状和分布等。
总的来说，导电高分子通过导电剂的加入，形成导电通道并提供自由电子，从而实现电流的传导。
导电高分子材料在电子器件、传感器、电磁屏蔽等领域具有广泛应用前景。
电子导电性高分子的概念
电子导电性高分子的概念
电子导电性高分子是指具有导电性质的高分子材料。
传统的高分子材料通常不具备导电能力，但通过引入导电性的功能单元或添加导电物质，可以使高分子材料展现出导电性。
这些导电性高分子通常具有与金属或半导体相似的电导率，可以在电子器件中发挥重要作用。
导电性高分子可以分为两类：有机导电高分子和无机导电高分子。
有机导电高分子是通过在高分子链中引入导电性的功能单元来实现导电性。
这些功能单元通常是具有共轭结构的有机分子，如聚苯胺、聚噻吩和聚乙炔等。
这些有机导电高分子可以通过控制聚合反应条件和调节高分子链的结构来调控其导电性质。
无机导电高分子是通过将导电物质嵌入或填充到高分子基底中实现导电性。
常见的导电物质包括金属粒子、碳纳米管、石墨烯等。
这些导电物质在高分子基底中形成导电网络，使材料具有导电性能。
导电性高分子广泛应用于各种领域，包括电子器件、光电器件、传感器、导电涂料和智能材料等。
其具有重量轻、柔性、可加工性强等优点，因此被广泛研究和开发。
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
《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
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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)。
电磁屏蔽技术通常使用标准金属及其复合材料，它们的屏蔽效能很好，但是存在重量大、价格昂贵、易腐蚀、难于调节屏蔽效能等缺点。
导电高分子材料(Conducting Polymers，CPs)具有同样电磁屏蔽性能，且重量轻、韧性好、易加工、电导率易于调节、成本低、易大面积涂敷、施工方便。
因此，它是一种非常理想的替代传统金属的新型电磁屏蔽材料，可应用在计算机房、手机、电视机、电脑和心脏起搏器等电子电器元件上。
正文
复合型导电高分子材料及其导电机理
复合型导电高分子材料(Conducting Polymer Composites，CPCs)是指经物理改性后具有导电性的高分子复合材料，它以非导电型高分子材料为基体，加入一定数量的导电材料(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。
复合方法主要有两种，一种是对已经成型的塑料壳体进行表面处理的表面导电膜形成法，包括金属喷镀、真空镀、溅射镀、贴金属箔、湿法化学镀或电镀等；另一种称为导电填料机械加工共混复合法，即将导电填料均匀分散于聚合物基体中制成导电涂料或导电塑料。
复合型导电高分子材料的导电机理比较复杂。
一般可分为导电回路如何形成，以及回路形成后如何导电两个方面。
Miyasaka等认为高分子树脂基体与导电填料之间的界面效应对复合体系中导电回路的形成具有很大的影响。
复合型导电高分子形成导电回路后，导电性主要取决于分布于高分子树脂基体中的导电填料的电子传输。
总的说来，其导电性能主要是三种导电机理(导电通道效应、隧道效应、场致效应)相互竞争的作用。
在不同情况下出现以其中一种机理为主导的导电现象。
本征型导电高分子材料及其导电机理
本征型导电高分子材料(Intrinsic conducting polymers，ICPs)是由具有共轭π键的聚合物，经化学或电化学“掺杂”后形成导电，导电性显示强烈的各向异性，通过大分子π键电子云交叠形成导带，共轭分子健的方向就是导电方向。
从导电载流子的种类来看，又被分为离子型和电子型两类。
离子型导电高分子材料通常又叫高分子固体电解质，其导电时的载流子主要是离子电子型导电高分子材料指的是以共轭π键大分子为主体的导电高分子材料，导电时的载流子是电子(空穴)或孤子(Soliton)。
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（电了、空穴或离了、孤子等）；(2)大分子链内和链间要能够形成载流子导电通道W.P.Su.J.R. Schriefr和A.J. Heeger于
1979年提出孤子(Soliton)理论（简称SSH理论）。
根据这一理论，孤子、极化子(Polaron)和双极子化(Bipolaron)被视为导电高分子的导电载流子。
实验证实，“掺杂”是实现高分子导电的有效途径，而且证实了它的可靠性和实用性。
“掺杂”所用方法包括化学方法、电化学方法以及无离子引入的暂态掺杂法等。
无论在掺杂实质、掺杂量、掺杂后形成的载流子性质、掺杂/脱掺杂可逆等方面与无机半导体的“掺杂”概念有本质的差异。
因此，深入了解“掺杂”实质、导电机理，探索新的“掺杂”方法，为新型导电高分子材料应用打下坚实的基础。
复合型导电高分子电磁屏蔽材料
采用导电填料分散共混复合法制备的导电塑料和导电涂料，具有成本低、施工工艺简单、可对各种复杂形状进行施工等优点，尤其是导电涂料以其低成本和中等屏蔽效果占据电磁屏蔽材料的主要市场。
目前，研究较多、应用最广的是填充型导电塑料。
它是由电绝缘性能较好的合成树脂和具有优良导电性能的填料及其它添加剂组成，经注射或成型等方法加工成的各种电磁屏蔽材料，由于其成型加工和屏蔽的一次完成，便于大批量生产，可以一劳永逸，因此是电磁屏蔽材料的一个重要发展方向。
常用的导电填料有碳素系列和金属系列。
碳素填充高分子材料具有来源广阔、价格低廉和电阻可调等特点，包括碳纤维、碳黑和石墨三类。
其中碳纤维是一种高强度、高模量的导电高分子材料，不仅具有导电性，而且有良好的综合性能。
对于复合型电磁屏蔽导电高分子材料来说，影响其屏蔽效果的因素比较复杂，它不仅与导电填料和基体的性质、形态等有关，还与导电填料在聚合物基体中的填充量和分散程度及复合工艺密切相关当前这类屏蔽材料需要解决的问题有两个方面：一是如何提高导电填料在聚合物基体中的分散性，在保证复合材料导电性能的前提下，降低导电填料用量；二是如何在导电填料用量加大以提高导电性能的同时，保持或提高其综合性能。
本征型导电高分子电磁屏蔽材料
本征型导电高分子(ICPs)材料的典型代表物有聚乙炔(PA)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)、聚苯胺(PAn)等，由于其轻质、柔韧、可大面积成膜、电阻率可调等特点，近年来已在电磁屏蔽方面显示出潜在的应用前景目前研究较多的本征型导电高分子材料有聚苯胺(PAn)和聚对苯乙炔(PPV)。
PPV是最早被用作导电高分子材料的，具有较大的分子量、很好的抗氧化性、高的热力学分解温度以及非常优秀的力学性能，不仅本身具有优良的导电性，而且经氧化剂掺杂后是一类重要的导电材料。
Burroughes等首先报道了PPV具有导电特性。
1995年Nguyen．T．P和Tran．V．H 等人研究了PPV介电性质。
由于它具备许多优点，近年来成为研究热点。
能够非常容易改变PPV
结构，从而获得所需要的导电性能。
S．Courric和V．H Tran[9]研究了PPV及其衍生物DMeO—PPV 的电磁屏蔽效能。
此后，PPV分子的分子设计与合成成为最具有活力的研究领域。
PPV合成方法主要有Monni前聚物法、Wesseling前聚物法及去卤缩合法。
近年研究表明，通过引入取代基或聚合方法改变，可改变其导电特性。
目前，虽然本征型导电高分子材料的电导率已经可以和金属相媲美，但综合性能还相差很远。
如果能将本征导电高分子材料和金属复合在一起制成一种功能复合材料，那么在保证高电导率的同时，保留高聚物轻质、柔韧和易加工的特点，应该能够大大的提高屏蔽效能。
参考文献
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