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
6
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。
7
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
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。
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
16
复合型导电高分子的导电填料
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
导电高分子材料的制备和应用
导电高分子材料的制备和应用一、导电高分子材料基础知识导电高分子材料是一类具有导电性的高分子材料，其导电性源自其特殊的内部微观结构。
传统高分子材料通常是非导电的，这是因为其分子内部制约使得电子难以运动，从而无法传导电流。
而导电高分子材料则可以通过在分子内引入导电性团簇，使得电子可以在分子主链上传递，从而达到导电的目的。
此外，导电高分子材料的制备方法也非常多样化，可以通过化学合成、物理处理、生物制备等多种方法来实现。
二、导电高分子材料制备1. 化学合成法化学合成法是制备导电高分子材料最常用的方法之一。
其中，引入导电性基团是关键步骤之一。
通常，可选择具有好的导电性质的功能单体或者聚合物与主链进行共聚反应，或者通过作为回路的聚合物进行聚合反应。
这样，就实现了在高分子分子内部引入导电性基团，从而使高分子具有了导电性能。
2. 物理处理法物理处理法是一种简单易行且成本低廉的制备导电高分子材料的方法。
它适用于一些高分子材料本身就带有导电性的种类。
通过对高分子熔融或者溶液进行物理处理，如拉伸、加热或者离子辐照等方式，就可以有效地提高其导电性能。
3. 生物制备法生物制备法是目前比较流行的一种新型制备导电高分子材料的方法。
该方法借鉴了生物体内生长有机物质的过程，以生物合成代替化学合成，实现了对材料进行绿色环保的制备。
例如，利用微生物、真菌、植物细胞等生物体内的酶催化作用可以在高分子材料分子内部引入不同的基团，从而实现导电高分子材料的制备。
三、导电高分子材料的应用1. 电子设备领域导电高分子材料在电子设备领域中应用较为广泛。
例如，在电池、太阳能电池、显示器件、传感器、柔性电路等领域，导电高分子材料都有非常出色的应用表现。
它们可以作为传统金属材料的替代品，用于制备柔性电子产品，为人们带来更加便捷和灵活的使用体验。
2. 医疗领域导电高分子材料在医疗领域中的应用也相当广泛。
例如，在生物医学传感器、人工智能医疗辅助、成像技术等方面都有良好的应用前景。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
7、电子的非紧邻跃迁的哈密顿
其中 是最近邻两原子 间的电子跳跃系数， 是第n个 原子的位移， 和 是第n个 原子上自旋为s的电子产生和湮灭 算符，K是弹性常数，M是原子质 量，哈密顿中的第一项是电子晶 格势场中的能量，第二项为晶格 畸变的弹性能。
为分子链中 n 位与 m 位碳原子间距
3、导电聚合物中极化子动力学的外加电 场效应的哈密顿
基于紧束缚近的S S H模型，考虑了外电场和 Brazovskii — Kirova对称破缺对Hamiltonian 的修正，采用非绝动力学方法研究了一维导电聚 合物中正负极化子对的碰撞过程．研究发现外加 电场对正负极化子对碰撞的影响至关重要。 当 外电场很小( 约 E 0 < 0.02 mY／ A) ，碰撞 的产物是束缚的正负极化子对； 在稍强些的电 场下 ，正负极化子可以复合成中性激 子 ， 其 产率可以达到 8 5 以上 ；在强电场 ( 约 > 0 . 2 mV ／ A) 下则散射成极化子激发态.这里我们主 要介绍该模型下的哈密顿量的形式。
式中 :e 为电子的电量 ；a为品格常数．在数值模 拟中 ，本文采用反式聚乙炔中的常用参数 ：
4、声子的哈密顿量
有机导电高分子的实际情况出发,考虑了两种量子化 的电子一声子相互作用,运用相干态展开法,得到在全 量子化电子一声子藕合情况下的哈密顿量的形式。由 于高聚物分子的低维特征和内部强的电子一声子相互 作用,一条高分子链的全量子化哈密顿可写为
导电高分子的结构
1、导电高分子孤态下的哈密顿 凡是基态的共轭分子体系, 总是存在“孤 子”这一非线性量子态。 可以说 S SH 模型 是将物理中的 “孤子”概念引入化学领域的 开端, 至今已初步形成了非线性化学中的重要 研究方向, 并对生物化学与生命科学都的重要 意义. 这里我们主要介绍孤态时哈密顿的模型。
导电高分子
主讲人：郭莎莎
主要内容
1
2 3
导电高分子的简介
结构型导电高分子
六种形式下的哈密顿量
导电高分子的简介
1、概念 导电高分子：所有的导电高分子都属于所谓的"共轭高分子"。 共轭高分子最简单的例子是聚乙炔。它由长链的碳分子以sp2 键链结而成(见图)。由于sp2键结的特性，使得每一个碳原子 有一个价电子未配对，且在垂直于sp2面上形成未配对键。我 们可以想像，相邻原子的未配对键的电子云互相接触，会使得 未配对电子很容易沿着长链移动。然而，实际的情况较为复杂， 未配对电子很容易和邻居配对而形成"单键-双键"交替出现的 结构。这种转变称为配对化(dimerization)，物理上称为派若 斯(Peirels)不稳定性。为了使共轭高分子导电，必须要做掺 杂。这和半导体经过掺杂后可以经由荷电载子提高导电度类似。
在 著名的S S H模型的基 础 上 ，又加入 Brazovsk i i — Ki rova 对 称 破 缺 项 和外加电场对系统 的修 正．体系哈密顿量表示为
（1）
其中，：
为格点i到i+1间的跃迁积分
( 1 ) 式右边第二部分表示晶格部分的能量，包括 晶格的弹性势能和动能，即
其中 是电子的动能项, 是电子一 声子的相互作用, 是描述声子的动能 项。 是电子在格点i的产生与湮灭算 符(忽略了自旋指标), 是声子的产生 与湮灭算符, 是(CH)基团等距离排列时的 电子跃迁积分, 是键上电子与左右两边声 子的相互作用祸合参数,g是格点上电子与声 子相互作用祸合参数, 是裸声子频率"为书 写清晰起见,本文取单位 (a为晶格常数) 如果令 上述哈密顿即简化为Hostein模 型;如果令g=o,则简化为量子 化的ssH模型。
纳米导电高分子材料
透明导电膜
结构型导电高分子
概念 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。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。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。 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）
2、孤态扩充的SSH模型的哈密顿量
扩充的 S SH 模型 H a m ilto n 量应当由下两部分组成
式中 为反映电子相关与 Co ulo mb 相互作用的 H amilt on 算符
扩充的SSH模型的哈密顿量
在粒子表象下, 体系的总 H amilt on 算符如下
式中第二项是 Cou lomb 作用项, U 为定点排斥积分, 第三项为 n 与m 位的 电子间相互作用, 第四项为n 位电子与离子间吸引作用. 式中积分 由 M at aga N is him ot o 近似
结构型导电高分子的导电机理
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。 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。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。
5、链间耦合无序对电荷输运的影响下的哈密顿
考虑两条耦合的聚合物链,将一维SSH模型扩展后引 入对角无序和非对角无序,其哈密顿量由三部分组成
6、双原子系统中的有效哈密顿量
在考虑到二阶微扰项的情况下，有效哈密顿量合理 地解释了拉曼过程所产生的非线性效应，从而可用 于分析原子非线性引起的非经典效应随泵浦场的拉 比频率、泵浦场失谐的变化关系。
孤态下SSH的哈密顿量
SS H 模型的 Hamilton 量如下 式所示
式中 （2） 描述了沿分子链( x 轴) 无自旋翻转的跳跃. 电子的
孤态下SSH模型的哈密顿量
孤态下SSH模型的哈密顿量
最后是声子 Ham ilton 量
式中: M 是( CH ) 基的质量
孤态下SSH模型的哈密顿量
( 1) 式乃是含电子 --声子相互作用的紧束缚模型哈密 顿量量。从前述 可以看出, 它既不明显的包括电 子相关也不明显的包含 Cou lomb 相互作用项. 有关的 因素只被部分的隐含在跃迁积分 与电子--声子耦 合常数 中. 实质上就是含有电子 --声子 相互 作用项的紧 束缚( t i g h t -bin gd i n ) 模型 H amilt on 量, 因而缺少明显的电子相关与 Co ulo mb 相互作用 项乃是它的主要弱点. 也是它不能全面反映低维有机导 电体性能的关键所在。
H C C H H C C H H C C H H C C H H C C H
聚乙炔结构图
2、分类
从导电机理的角度来看，导电高分子大致可分为两大类： 复合型导电高分子材料，它是指在普通的聚合物中加入 各种导电性填料而制成的。 结构型导电高分子材料，它是指高分子本身或经过掺杂 以后具有导电功能的一类材料。 目前较多的导电高分子有聚乙炔（PA)、聚苯胺（PAn)、 聚吡咯（PPy)、聚噻吩（PTi)、聚对苯（PPP)、聚苯基乙 炔等。今天在这里我们主要讲述结构型导电高分子。