导电高分子材料 (2)

是电磁吸收性能好，能够吸收雷达波，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。
模拟宇宙尘埃的运动 导电高分子包覆的聚合物乳胶粒子由 于表面的导电层，复合颗粒的表面能够积 累足够多的电荷，可以在 Van de Graaff 加 速器上被加速，从而可以模拟宇宙尘埃的 运动。
2005年一月初，韩国三星电子宣布开发出世界上最大的5英寸塑料平
板显示器，这款极具弹性的显示器用极具弹性的塑料取代了刚性玻璃。可
以弯曲，不会破碎，其外部设计能自由修改。一月末，韩国三星电子再次 宣布，该公司已经正式推出了一款为手机、MP3播放器和PDA等量身打造 的5英寸弹力塑料屏幕。
日本精工爱普生成功开发了世界上第一台大屏幕 (40英寸)全彩色有机发光二级管显示器的模型
准，此外也可望用在显示器等光学薄膜
以及光学滤镜的防静电等用途上。
导 电 高 分 子 应 用
人造肌肉(Artificial Muscle) （机器人）
共轭导电聚合物处于不同的氧化态时，其体积有显著的不同，即对于外加 电压会产生体积响应。根据这一特性，可用来仿制人工肌肉。 日本科学家制造出可与人类肌肉相媲美，且无需马达、齿轮等复杂装置的 人造肌肉。伸缩率可达15%，相当于人的肌肉20%的伸缩率。人造肌肉中一根
PPy 的合成方法
在制备 PPy 的过程中，目前比较常用的方法 是电化学法和化学法，光化学法和酶催化聚合也 开始有报道。不同的聚合方法得到的 PPy 的状态 不一样，化学法得到的 PPy 通常为粉末状的产品 ，电化学法得到的则为膜状的产品，酶催化法得 到的是水分散液。因此，得到的 PPy 的化学性质 和电化学性质也不同。
导 电 高 分 子 应 用
半导体特性的应用－太阳能电池
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，简单的制备工艺，具有 塑料的拉伸性、弹性和柔韧性。
导 电 高 分 子 应 用
导体特性的应用－导电塑料
Macdiarmid研究小组研制出纳米电子线路，成本非常低廉，一块纳米 电子线路板的成本仅为1美分。 2005年日本东北大学宫下德治研究小组，利用LB膜法研制出了数十nm 厚的导电高分子（聚噻吩）薄膜，使用它设计并试制了驱动原理采用电化学 氧化还原反应的晶体管。试制出的晶体管在1.2V电压下工作，导通截止比为
显影剂
导电高分子具有合适的模量和一定量的电荷，因此导 电聚合物空心球在超声波成像和电磁共振成像的显影剂方 面有很好的应用前景。
传感器
导电高分子能够很好的将分析物和受体的相 互作用或者是一些其它的相互作用转变为可以观 察到或者是可以探测到的响应，对细小的干扰都 很敏感，而且其传输性质和导电性质也提高了其 灵敏度，能够作为传感器设备中的活性成分，因 此在传感器中的应用前景收到越来越多的关注。 导电聚合物基的传感器包括：通过监测电导率变 化的电导率传感器，依靠化学电势的电位传感器 ，依靠吸收度变化的颜色传感器，荧光传感器等 。
目前大家都比较接受的吡咯聚合机理是 1983 年 Genies 等在光谱电化学研究的基础上提出来的阳离子自由基机理.
现在人们通常都假定吡咯化学聚合的机理和电化学聚合的机理是一样的
导 电 高 分 子 应 用
信 息 存 储
隐 身 雷 达
二 次 电 池
快
速
电 响
致
变 色 性
应
吸 逆 波 掺 性 杂 性
2000。具有可印刷、可弯曲等特点。
韩国釜山大学教授李光熙和亚洲大学教授李硕炫组成的研究小组成功开 发出一种新型高分子导电塑料。这种塑料具有金属的特性，能在极低温下
（－268 ℃ ）导电，克服了传统高分子导电塑料温度越低电阻越高的缺点，
达到与金属相似的导电性。
导 电 高 分 子 应 用
导体特性的应用－RFID标签
3 酶催化聚合
目前关于酶催化聚合的报道仍比较少。Samuelson 研究 组报道了环境友好的酶催化法，在水溶液中通过大豆过氧 化物酶的催化，合成了聚吡咯衍生物聚(3-甲基吡咯)和吡 咯与二氧乙烯基噻吩（EDOT）的共聚物。
PPy 的聚合机理
早期学者们都是通过电化学的方法制备 PPy，关于吡咯 氧化聚合的机理也都是在电化学体系，即电极的表面进行 的。自从 1979 年，Diaz 等用电化学的方法制备出了电导 率高、空气稳定性好的 PPy 自支撑膜后，吡咯电化学氧化 聚合的机理就受到了广泛的研究。学者们通过使用循环伏 安法（cyclic voltammetry），计时库仑分析法（ chronocoulometry），计时电流分析法（ chronoamperomery），计时光谱分析法（ chronoabsorptometric），微电极（microelectrode），电 化学石英晶体微天平（electrochemical quartz crystal microbalance），快速电势阶跃技术（fast potential step technique）等方法对吡咯及吡咯衍生物的聚合及聚合物在 电极表面的沉积机理进行了深入的研究。
1 电化学法
目前比较常用的三电极恒电势电化学聚合装 置，这种体系能够有效的控制电势，最大程度的 保障聚合过程的可重复性。辅助电极的位置很重 要，它决定了生成的电场强度，能够直接影响沉 积的聚合物的性质和均匀性。在两电极恒电流电 化学法聚合中容易发生导电高分子的过氧化反应 ，主要是由于电势不能很好的控制。在三电极电 池中添加了参比电极，能更好的控制电势。
导电高分子材料
目录
导电高分子简介 聚吡咯 （PPy） PPy 的合成方法 PPy 的聚合机理 导电高分子基纳米复合材料 导电高分子基纳米复合材料的应用
导电高分子简介
导电高分子也叫“本征型导电高分 子”、“电活性高分子”、“共轭高 分子”或“合成金属”，是指聚合物 主链上含有大的共轭 π 键的高分子。 在导电高分子中，每个C原子上有一个 未成对电子，即π电子。而且在π-π键 中，C原子的轨道是sp2pz，相邻的 C 原子轨道在主链方向有重叠，导致电 子可以在聚合物主链方向上发生离域 。这种电子离域效应为电荷在聚合物 主链上的移动提供了“高速公路”。 BengtRanby 教授指定导电高分子为“ 第四代聚合物材料”。
导电聚合物有很多优异的性质，如其电导率的可调节范 围宽，几乎可以跨越绝缘体到半导体甚至导体的范围，分 子的掺杂和脱掺杂是一个可逆的过程，带隙可以通过分子 水平的设计来控制，而且由于导电高分子本身属于聚合物 ，所以也具有较好的加工性能。因此，自从 20 世纪 70 年 代中期被发现以来，受到了广泛的关注，迅速发展。导电 高分子的发现者 Alan MacDiarmid， Alan Heeger，和Hideki Shirakawa 也在 2000 年的时候被授予了诺贝尔化学奖。导 电高分子可以通过电掺杂、化学掺杂和光掺杂等多种方式 实现掺杂。导电高分子的应用领域非常的广，包括电子学 、光学、储能材料、传感器、生物诊断和治疗、生物成像 等众多领域，是一种新兴的智能材料，正在被人们广泛的 研究。其中聚吡咯是研究的最多的导电高分子之一。
可
电
导
05
导 电 高 分 子 应 用
半导体特性的应用－发光二极管（PLED）
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。
2004，13英寸
导 电 高 分 子 应 用
管状导电塑料可承重20克，1600根绑在一起可承重20公斤。如果人造肌肉体积
和人的肌肉相同，其力量可达后者的100倍。 日本大阪从 事新材料开 发的几家公 司，成功用 高分子材料 的“人造肌 肉”制成了 一种机器鱼。
鲤鱼形状的它 在嘴巴里装备 有摄象机，同 时可以测量水 下氧气，为鱼 类饲养提供关 键数据。
导 电 高 分 子 应 用
导体特性的应用－防静电、电磁屏蔽、防腐蚀
电磁干扰 (Electromagnetic Interference，EMI) (也称作电磁污染)。 PAN的屏蔽效果最好。当PAN膜厚大于50μm 时，其屏蔽效能在80~100dB范围内，满足工业和 军事要求。相比于金属EMI屏蔽材料具有密度小、 环境稳定性好、电导率可调、EMI屏蔽效能尤其
2 化学法聚合
化学法制备的导电高分子可以为粉末状或胶体分散液 ，由于比较灵活，容易扩大化生产，而且最近几年来由于 导电高分子基纳米复合材料的发展，也受到了越来越多的 关注。化学法是制备导电高分子基纳米复合材料的重要方 法。而且吡咯的化学法聚合甚至可以在中性的水溶液中很 方便的进行，反应条件温和简单，更是受到了不少的青睐 。化学法中尽管 H2O2和很多过度金属盐，包括 Ce4+、 Cu2+、Cr6+、Mn2+等都被用于氧化吡咯，但是最常用的 氧化剂主要是过硫酸铵（APS）和 FeCl3。在水中或醇类溶 剂（从甲醇到辛醇）中得到的 PPy 的电导率比在乙腈、四 氢呋喃、氯仿、或苯中得到的 PPy 的电导率高。化学聚合 的温度通常都在 0℃到室温之间。
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导体特性的应用－有机高分子导电涂料
2005年日本信越聚合物公司（ShinEtsu Polymer）在“第6届国际电子部件 商贸展暨第6届印刷电路板EXPO”上，
展出了导电率高达200s/cm 以上的有机导
电性高分子涂料。涂布时即使膜厚很薄， 也能做到低电阻。可作为透明电极的水
RFID：无线射频识别标识技术，这种非接触式自动识别技术的RFID商品标签被 认为将是今后全球商品交易及物流中采用最广的技术之一。
塑料RFID标签将来潜在的市场，包括门禁管制、货物管理、资产回收、物料处
理、废物处理、医疗应用、交通运输、防盗应用、自动控制、联合票证等许多领域。
印刷用于低价格无线射频识别体系的无源元件
2000年诺贝尔化学奖
几种典型的导电高分子的结构 （中性态）
聚吡咯 polypyrrole （PPy）
PPy 与其它常见的导电高分子相比，电导率较高，可调节范围宽 ，氧化态的聚吡咯在空气中的稳定性相对较好，而且 PPy 的制备方法 简单，在温和的反应条件下也能够制备聚吡咯，因此具有广阔的应用 前景，受到了学者们的广泛关注。目前已经在传感器、超级电容器、 微驱动器、金属防腐涂层、抗静电涂层和可充放电电池方面有了初步 的应用。如图 1-1 所示为吡咯单体的结构示意图，吡咯单体是含有 N 的五元杂环分子，由于分子中的仲胺基的作用，吡咯单体具有弱碱性 。
导 电 高 分 子 前 景
•合成具有高导电率及在空气中长期稳定的导电聚合物 •有机聚合物超导体的研究 •碳纳米管/导电高分子复合体系的研究
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谢 谢！