本征型导电高分子

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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

导电高分子常州轻工职业技术学院常州1013263211摘要：通过对导电高分子的学习，让我对导电高分子的类型、掺杂、导电机理、导电高分子材料的应用、发展有了近以步的了解。

此文章是我对这些内容的概括。

关键词：类型、掺杂、导电机理、导电高分子材料的应用。

一、概括:一类具有导电功能（包括半导电性、金属导电性和超导电性）、电导率在10S／m以上的聚合物材料。

高分子导电材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜以及电导率可在十多个数量级的范围内进行调节等特点，不仅可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品，而且已成为许多先进工业部门和尖端技术领域不可缺少的一类材料。

高分子材料长期以来被作为优良的电绝缘体，直至1977年，日本白川英树等人才发现用五氟化砷或碘掺杂的聚乙炔薄膜具有金属导电的性质，电导率达到10S/m。

这是第一个导电的高分子材料。

以后，相继开发出了聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺、聚噻吩等能导电的高分子材料。

二、导电高分子的导电机理[1]1.载流子是由孤立子、极化子、双极化子等自由基离子构成的2.极化子和孤立子的存在和跃迁使高分子链具有了导电性三、导电高分子的领军人物:导电聚合物（聚乙炔）由日本科学家白川英树最先发现，美国科学家 Heeger 和MacDiarmid 也是这一研究领域的先驱。

这三位科学家由于在导电聚合物研究中的突出贡献，共同获得了2000年的诺贝尔化学奖。

美国物理学家美国化学家日本化学家Heeger MacDiarmid Shirakawa四、导电高分子的主要类型除了最早的聚乙炔（PA）外，主要有聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚对苯乙烯(PPV)、聚苯胺(PANI)以及他们的衍生物，其中聚苯胺结构多样、掺杂机制独特、稳定性高技术应用前景广泛，在目前的研究中备受重视，其中聚乙炔的所能达到的电导率在已发现的导电聚合物中是最高的，达到了105S/cm量级，接近Pt和Fe的室温电导率五、电高分子的掺杂1.什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2.导电高分子的掺杂与无机半导体的掺杂的对比3.目前掺杂的方式主要有两种：3.1氧化还原掺杂：可通过化学或电化学手段来实现。

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”)。

导电高分子材料的研究进展

导电高分子材料的研究进展一、本文概述导电高分子材料作为一种新兴的功能材料，因其独特的导电性能和可加工性，在电子、能源、生物医学等领域展现出广阔的应用前景。

本文旨在综述导电高分子材料的研究进展，重点关注其导电机制、性能优化以及实际应用等方面。

我们将简要介绍导电高分子材料的基本概念、分类和导电原理，为后续讨论奠定基础。

接着，我们将重点回顾近年来导电高分子材料在合成方法、性能调控以及导电性能提升等方面的研究成果。

本文还将探讨导电高分子材料在电子器件、能源存储与转换、生物传感器等领域的应用进展，并展望未来的发展趋势和挑战。

通过本文的综述，希望能够为相关领域的研究人员提供有价值的参考信息，推动导电高分子材料的进一步发展。

二、导电高分子材料的分类导电高分子材料可以按照其导电机制、化学结构、应用方式等多种维度进行分类。

从导电机制来看，导电高分子材料主要分为电子导电高分子和离子导电高分子两大类。

电子导电高分子主要依靠其共轭结构中的π电子进行导电，如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩等；而离子导电高分子则通过离子在固态中移动实现导电，如聚电解质、离子液体等。

从化学结构上看，导电高分子材料主要包括共轭聚合物、金属络合物高分子、复合型导电高分子等。

共轭聚合物由于具有大的共轭体系和离域π电子，表现出优异的电子导电性；金属络合物高分子则通过金属离子与高分子链的配位作用，形成导电通道；复合型导电高分子则是通过在绝缘高分子基体中添加导电填料（如碳黑、金属粒子、导电聚合物等），实现导电性能的提升。

在应用方式上，导电高分子材料可以分为结构型导电高分子和复合型导电高分子。

结构型导电高分子本身即具有导电性，可以直接用于电子器件的制备；而复合型导电高分子则需要通过添加导电填料等方式实现导电性能的调控，其导电性能受填料种类、含量、分散状态等多种因素影响。

根据导电高分子材料的导电性能，还可以分为导电高分子、抗静电高分子和高分子电解质等。

导电高分子具有高的导电性，可以作为电极材料、电磁屏蔽材料等；抗静电高分子则主要用于防止静电积累，如抗静电包装材料、抗静电涂层等；高分子电解质则具有离子导电性，可应用于电池、传感器等领域。

导电高分子材料制备及应用研究进展

导电高分子材料制备及应用研究进展摘要：在介绍导电高分子材料导电机理的基础上，对目前最常见的两种导电高分子材料的制备方法进行综述；重点讨论了含大型离域π键导电高分子材料、化学掺杂型共轭结构导电高分子材料和新型本征导电高分子材料等本征型导电高分子材料的制备方法，并研究了金属及其氧化物、碳系纳米材料、有机组分以及新型导电填料等对填充型导电高分子材料导电性能的影响；同时对其在电子电器材料、生物医学以及环境保护等方面的应用进行了总结，展望了新型导电高分子材料未来的应用研究方向。

关键词：导电高分子材料；导电机理；电子电器；纳米粒子随着电子信息技术的不断发展，新型电子电器材料的开发成为目前材料研究领域中的一个热点。

传统的金属类材料成本较高、耐化学腐蚀性不足且加工过程复杂，在使用时有一定的局限性[1–2]。

高分子材料具有质量轻、化学结构灵活、耐湿热性能优异等特点[3]，尤其在其改性之后能够具备良好的导电性能，因此导电高分子材料正在初步取代传统的电子材料[4]。

目前常见的导电高分子材料主要分为两种，一是本征型导电高分子材料，即通过分子设计的方法，使其材料结构内的π共轭结构能够提供一定数量导电载流子，由原来的绝缘材料转化为导电材料[5]，二是填充型导电高分子材料，即在高分子基体中加入一定的导电填料，使其在分子内部形成能够传递电子的粒子链[6]。

笔者在对不同导电高分子材料制备方法进行总结的基础上，讨论了其在电子电器、生物医学以及环境保护领域的相关应用，并展望了导电高分子材料未来的研究发展方向。

1 导电高分子材料的制备二十世纪七十年代，C. K. Chiang等[7]首次制备出了具有导电性能的聚乙炔，导电高分子材料的概念开始兴起，经过四十年的深入研究和发展，各种新型导电高分子材料不断被开发出来，并在电子设备、航天航空以及工业材料领域中展现出广阔的应用潜力。

本征型导电高分子材料和填充型导电高分子材料虽然都具有良好的导电性能，但是合成方法及综合性能有一定的区别，在实际生产中，应当根据高分子材料的使用范围即技术要求选择适当的制备方法。

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

导电高分子材料聚苯胺

苯胺简介及结构聚苯胺是一种具有金属光泽的粉末，因分子内具有大的线型共轭π电子体系，其自由电子可随意迁移和传递，而成为最具代表性的有机半导体材料。

与其他导电聚合物相比，聚苯胺具有结构多样化、耐氧化和耐热性好等特点，同时还具有特殊的掺杂机制。

MacDiarmid 重新开发聚苯胺后,在固体13C-NMR及IR研究的基础上提出聚苯胺是一种头尾连接的线性聚合物,由苯环-醌环交替结构所组成,但这种结构和后来出现的大量实验数据相矛盾。

1987年,MacDiarmid进一步提出了后来被广泛接受的苯式-醌式结构单元共存的模型,两种结构单元通过氧化还原反应相互转化。

即本征态聚苯胺由还原单元:和氧化单元:构成,其结构为:其中y值用于表征聚苯胺的氧化还原程度,不同的y值对应于不同的结构、组分和颜色及电导率,完全还原型(y=1)和完全氧化型(y=0)都为绝缘体。

在0<y<1的任一状态都能通过质子酸掺杂,从绝缘体变为导体,仅当y=0.5时,其电导率为最大。

聚苯胺的导电原理物质的导电过程是载流子(电子、离子等带电粒子) 在电场作用下定向移动的过程。

通常认为, 高分子聚合物导电必须具备两个条件:一是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。

纯的聚苯胺是绝缘体, 要使它变为导体需要掺杂, 就是掺入少量其他元素或化合物。

0<y<1的聚苯胺, 掺杂后能变为导体, y为0.5的中间氧化态聚苯胺(苯式-醌式交替结构) 掺杂后的导电性最好。

而y为1的完全还原态聚苯胺(全苯式结构) 和y为0的完全氧化态聚苯胺(全醌式结构) 即使掺杂也不能变为导体。

一种掺杂聚苯胺的结构式如图所示, x代表掺杂程度, A-是掺杂剂质子酸中的阴离子, y仍代表还原程度。

向聚苯胺中掺入质子酸是一种有效的掺杂方式, 但是使用普通有机酸及无机弱酸获得的掺杂产物电导率不高, 必须用酸性较强的质子酸(如H2SO4、H3PO4、HBr和HCl) 作掺杂剂才可得到电导率较高的掺杂态聚苯胺, 盐酸是最常用的无机掺杂酸。

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

导电高分子材料

2004，13英寸
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
电导体－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
1970年：科学家发现类金属的无机聚合物聚硫氮(SN)x具有超导性。
01
导电高分子发展历程
1975年：A.G.MacDiarmid、A.J.Heeger与H.Shirakawa合作研究，将无机导电聚合物研制与有机导电聚合物研制相结合。发现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。
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。
导电高分子前景
•近年来,科研工作者又在高强度导电高分子、可加工导电高分子领域开展大量研究工作,并取得了很大的进展。今后导电高分子的发展趋势可归纳为为: (1)合成具有高导电率及在空气中长期
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

《导电高分子》

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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？
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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。
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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
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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。

导电高分子材料

导电高分子材料摘要：导电高分子复合材料是一类具有重要理论研究价值和广阔应用前景的新型功能材料，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。

因此，导电高分子复合材料是一类具有重要理论研究价值和广阔应用前景的新型功能材料。

关键字：导电高分子功能材料、结构特征、性能简介: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。

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.导电机理1.1结构型导电聚合物导电机理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: (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。

在离子型导电高分子材料中，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”) 。

导电高分子基本概念

功能材料论文姓名：焦丽娜学号：2009240014专业：材料化学导电高分子材料概述一、定义所谓导电高分子是由具有共轭n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。

通常导电高分子的结构特征是由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（p型掺杂）或对阳离子（n型掺杂）。

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一半导体一金属态（10-9到105s/cm ）较宽的范围里变化。

这是目前其他材料所无法比拟的。

二、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（本征型）导电高分子，另一类是复合型导电高分子。

2.1结构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。

迄今为止，国内外对结构型导电高分子研究得较为深入的品种有聚乙炔、聚对苯硫醚、聚对苯撑、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及TCNQ^荷络合聚合物等。

其中以掺杂型聚乙炔具有最高的导电性，其电导率可达5X 103〜104 Q -1 • cm-1 （金属铜的电导率为105 Q -1 • cm-1 ）。

导电机理：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：（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。

在离子型导电高分子材料中，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”）。

五章节导电高分子

Rd
S
同样，对电导则有：
（5—3）G Sd来自（5—4）6第五章导电高分子
上两式中，ρ称为电阻率，单位为（Ω·cm）， σ称为电导率，单位为（Ω-1·cm-1）。
显然，电阻率和电导率都不再与材料的尺寸有关，而只决定于它们的性质，因此是物质的本征参数，都可用来作为表征材料导电性的尺度。
在讨论材料的导电性时，更习惯采用电导率来表示。
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。
通常导电高分子的结构特征是由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（p型掺杂）或对阳离子（n型掺杂）。
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第五章导电高分子
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第五章导电高分子
聚乙炔顺式：σ＝10-7Ω-1·cm-1 反式：σ＝10-3Ω-1·cm-1
聚苯撑 σ＝10-3Ω-1·cm-1
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第五章导电高分子
1.3.3 超导体高分子超导体是导体在一定条件下，处于无电阻状态
的一种形式。超导现象早在1911年就被发现。由于超导态时没有电阻，电流流经导体时不发生热能损耗，因此在电力远距离输送、制造超导磁体等高精尖技术应用方面有重要的意义。
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第五章导电高分子
目前，巳经发现的许多具有超导性的金属和合金，都只有在超低温度下或超高压力下才能转变为超导体。显然这种材料作为电力、电器工业材料来应用，在技术上、经济上都是不利的，因此，研制具有较高临界超导温度的超导体是人们关切的研究课题。
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第五章导电高分子
图5—1 (CH)x的价电子轨道
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