高性能导电高分子材料
导电高分子材料通用课件
![导电高分子材料通用课件](https://img.taocdn.com/s3/m/6b676e5a0a4e767f5acfa1c7aa00b52acfc79c26.png)
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。
具有特殊性能的高分子材料的研究进展及应用
![具有特殊性能的高分子材料的研究进展及应用](https://img.taocdn.com/s3/m/b3bb2fe03086bceb19e8b8f67c1cfad6195fe9e4.png)
具有特殊性能的高分子材料的研究进展及应用高分子材料是现代科技进步中的重要组成部分。
它们具有多种特殊性能,如高强度、轻质、耐磨损、耐化学腐蚀、导电性等,可被广泛应用于航空、航天、汽车、能源、医疗、电子、建筑等领域。
此外,随着人们对环保与可持续发展的关注,可降解高分子材料也逐渐得到重视。
本文将综述具有特殊性能的高分子材料的研究进展及应用。
一、高强度高分子材料高强度高分子材料是以高分子材料为基础的一类新材料。
在这类材料中,具有高强度的纤维材料如碳纤维、玻璃纤维等被加入其中,尤其是碳纤维,其强度可以和钢甚至是钛合金媲美。
因此,碳纤维增强高分子材料广泛应用于航空航天、汽车、体育用品等领域。
其中,碳纤维增强聚酰亚胺材料具有高温稳定性、阻燃性、耐腐蚀性等性能,应用于耐高温和防火领域,如火箭制造、电力设备绝缘材料等。
二、高导电高分子材料高导电高分子材料通常是通过将导电材料掺杂进普通高分子材料中而制成的。
这类材料具有导电、抗静电等独特性能,可被应用于电子信息领域。
其中最具代表性的是聚苯胺、聚噻吩和聚乙炔等高导电高分子材料。
聚苯胺被广泛应用于制造电池、传感器、太阳能电池等电子设备,聚噻吩则是制造有机发光二极管和太阳能电池的理想材料,聚乙炔在制造柔性电路、显示器和太阳能电池等领域也有广泛应用。
三、高透明高分子材料高透明高分子材料是指在保持高强度和韧性的前提下,同时具有较高的透光性。
这类材料通常是通过选择特殊的合成方法和改进材料结构而实现的。
高透明高分子材料在建筑、玻璃器皿、装饰等领域应用广泛,如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等。
其中,聚碳酸酯作为一种高透明、高强度、高韧性的材料,可用于制造汽车、飞机罩等,并有很好的隔热、隔音和阻燃性能。
四、可降解高分子材料可降解高分子材料是指在自然环境下或特定条件下能够分解并降解的高分子材料,这类材料主要由生物质材料和合成可降解高分子材料两类组成。
生物质材料如淀粉、纤维素等是一种可再生的、生产成本低廉、环保的材料,因此在医疗、包装、农业等领域有广泛应用。
高分子材料的导电性能及应用研究
![高分子材料的导电性能及应用研究](https://img.taocdn.com/s3/m/2467a7530a4e767f5acfa1c7aa00b52acfc79c21.png)
高分子材料的导电性能及应用研究导电性高分子材料是一类具有特殊功能的高分子材料,其具备导电能力和高分子材料的独特特性相结合,广泛应用于电子器件、能源存储、传感器等领域。
本文将探讨高分子材料的导电性能及其在各个领域的应用研究。
首先,让我们来了解高分子材料的导电性能。
高分子材料本身是电绝缘体,但通过引入导电性成分,如导电聚合物和导电填料等,可以使其具备导电能力。
导电聚合物是一种具有导电性能的高分子材料,导电填料则常用于改善高分子材料的导电性能。
典型的导电填料包括碳纳米管、金属纳米颗粒和导电纤维等。
这些导电成分通过与高分子材料的相互作用,在高分子材料中形成导电通道,从而实现导电性能的提升。
导电聚合物是高分子材料中广泛应用的一种导电成分。
目前,常用的导电聚合物主要包括聚苯胺、聚噻吩和聚乙炔等。
这些导电聚合物通过将电子转移给高分子链,形成共轭体系,从而实现电荷传导。
导电聚合物不仅具有良好的导电性能,还具备高分子材料的柔韧性和可加工性,因此被广泛应用于柔性电子器件领域。
例如,导电聚合物可以制备柔性薄膜电池,用于实现可穿戴电子设备和可弯曲电子屏幕等。
与导电聚合物相比,导电填料在实际应用中也起着重要的作用。
碳纳米管是一种常用的导电填料,在高分子材料中表现出优异的导电性能。
碳纳米管具有很高的电子传导率和导电性,可以作为高分子材料中的导电通道,将电子从一个界面传输到另一个界面。
此外,碳纳米管还具有良好的力学性能和化学稳定性,使其成为强化高分子材料的理想导电填料。
除碳纳米管外,金属纳米颗粒和导电纤维等也常用作导电填料,以实现高分子材料的导电特性。
在不同领域中,高分子材料的导电性能被广泛应用于各种电子器件。
柔性电子器件是近年来研究热点之一。
高分子材料的导电性能使得柔性电子器件能够灵活适应各种复杂形状,并具备可延展性和韧性。
例如,可拉伸的高分子材料可以制备成可穿戴传感器,实现对人体运动状态的监测。
此外,导电高分子材料还可以应用于能源存储领域。
导电高分子在作为电极材料方面的应用
![导电高分子在作为电极材料方面的应用](https://img.taocdn.com/s3/m/2098f046bb1aa8114431b90d6c85ec3a87c28bc9.png)
• 导电高分子简介 • 导电高分子在电极材料中的应用 • 导电高分子电极材料的性能优势
• 导电高分子电极材料的应用前景 • 导电高分子电极材料的挑战与展望
01
导电高分子简介
导电高分子定义
01
导电高分子是指具有高导电性能 的高分子材料,其导电性能通常 通过掺杂或化学结构的设计来实 现。
在其他领域的应用
总结词
详细描述
导电高分子在其他领域的应用包括电磁屏蔽、 电致变色器件、电致动器件等。
导电高分子可以吸收和反射电磁波,具有优 异的电磁屏蔽效果;同时也可以在电场的作 用下发生颜色变化,用于显示器件和传感器 的制作;此外,导电高分子还可以用作驱动 器材料,具有响应速度快、驱动力大等优点。
易于加工和制造
总结词
导电高分子电极材料易于加工和制造,能够实现规模化生产,降低成本。
详细描述
导电高分子电极材料具有良好的加工性能,可以通过溶液涂布、静电纺丝、熔融挤出等方式制备成薄 膜、纤维或三维多孔结构等不同形貌的电极材料。这种易于加工和制造的特点使得导电高分子电极材 料在实际应用中具有较大的优势和潜力。
性。
在电极材料中,这些导电高分子 可以与其他活性物质复合使用, 提高电极材料的性能和稳定性。
这些导电高分子电极材料在微型 电池、柔性电池和植入式医疗设 备等领域具有广泛的应用前景。
03
导电高分子电极材料的性能优势
良好的导电性能
总结词
导电高分子电极材料具有良好的导电性能,能够快速传输电荷,降低电阻,提 高电化学反应效率。
03
总结词
导电高分子电极材料的规 模化制备是实现其广泛应 用的重要前提。
详细描述
导电高分子材料的最新进展及应用领域
![导电高分子材料的最新进展及应用领域](https://img.taocdn.com/s3/m/45cff0c3710abb68a98271fe910ef12d2bf9a95c.png)
导电高分子材料是一种具有导电性的聚合物材料,它在近年来取得了巨大的进展,并在许多领域中得到广泛应用。
本文将深入探讨导电高分子材料的最新进展和应用领域,以帮助读者更好地理解这一领域的前沿技术。
首先,让我们先了解一下导电高分子材料的基本概念。
导电高分子材料是一种具有电导性能的聚合物材料,它能够传导电流,并具有一定的导电性能。
相比传统的非导电聚合物材料,导电高分子材料具有多种独特的性能和应用优势。
它们既能发挥聚合物材料的机械柔性和化学稳定性,又能提供导电性能,因此受到了广泛的关注。
在过去的几年里,导电高分子材料领域发生了许多重要的进展。
其中一个重要的进展是新型导电高分子材料的开发。
传统的导电高分子材料通常是通过掺杂导电添加剂或导电材料来实现导电性能,但这种方法会导致材料的导电性能不稳定或导电性能低下。
因此,研究人员开始开发新型的导电高分子材料,旨在提高材料的导电性能和稳定性。
最近的研究表明,通过将导电材料纳米颗粒均匀分散于聚合物基体中,可以有效地提高导电高分子材料的导电性能。
同时,研究人员还开发了一种独特的自组装方法来制备导电高分子材料,这种方法不仅能够提高材料的导电性能,还能够控制材料的结构和性能。
除了新型导电高分子材料的开发,导电高分子材料在许多应用领域中也取得了重要的进展。
其中一个应用领域是柔性电子学。
导电高分子材料具有良好的柔性和可塑性,因此非常适合用于制备柔性电子器件。
例如,导电高分子材料可以用于制备柔性显示屏、可穿戴设备和柔性太阳能电池等。
这些器件具有轻薄、可弯曲和可卷曲的特点,能够适应各种复杂的曲面和环境,因此在电子产品的设计和制造中有着广泛的应用前景。
此外,导电高分子材料还可以应用于能量存储和传输领域。
由于其良好的导电性能,导电高分子材料可以用于制备高性能的超级电容器和锂离子电池等能量存储设备。
相比传统的能量存储材料,导电高分子材料具有高能量密度、高功率密度和长循环寿命等优势,因此在新能源领域具有巨大的应用潜力。
导电高分子的合成与性能研究
![导电高分子的合成与性能研究](https://img.taocdn.com/s3/m/4559093153ea551810a6f524ccbff121dd36c5d6.png)
导电高分子的合成与性能研究导电高分子是一类具有优异导电性能的聚合物材料,其具有广泛的应用前景和重要的研究价值。
本文将探讨导电高分子的合成方法及其性能研究,以期对材料科学领域的研究和应用提供一定的参考。
一、导电高分子的合成方法导电高分子的合成通常采用聚合法和掺杂法两种主要方法。
1. 聚合法聚合法是通过聚合反应将导电单体聚合为高分子材料。
常用的聚合方法有化学氧化聚合、电化学聚合、原位聚合等。
以聚咔唑为例,通过咔唑单体的化学聚合反应可以得到导电高分子聚咔唑。
这种方法能够实现高分子导电材料的大规模合成和结构调控。
2. 掺杂法掺杂法是将导电高分子与导电添加剂混合,使其在材料中形成导电网络。
常用的掺杂方法有离子掺杂法、质子掺杂法和双掺杂法等。
例如,将聚苯胺与氧化铁等导电添加剂混合,利用氧化铁的导电性能形成导电网络,从而提高材料的电导率。
二、导电高分子的性能研究导电高分子的性能研究主要包括导电性能、力学性能、热稳定性和化学稳定性等方面。
1. 导电性能导电性能是导电高分子的核心性能之一。
导电高分子的导电性能可通过电导率进行量化评价。
研究导电高分子的导电性能可以采用四探针法、界面电位法和电化学阻抗法等实验方法。
同时,还可以通过调控材料结构和合成工艺来提高导电性能。
2. 力学性能力学性能是导电高分子的重要性能指标之一。
研究导电高分子的力学性能可以通过拉伸试验、压缩试验和硬度测试等方法进行评价。
通过合理设计材料结构和调控聚合工艺,可以实现导电高分子在力学性能方面的优化。
3. 热稳定性和化学稳定性导电高分子的热稳定性和化学稳定性对其在实际应用中的可靠性和稳定性起着重要作用。
研究导电高分子的热稳定性可以通过热重分析和差示扫描量热法等实验手段进行评价。
化学稳定性可以通过溶胀实验和耐腐蚀实验等方法进行评估。
三、导电高分子的应用前景导电高分子具有广泛的应用前景,主要包括电子器件、能源存储和传感器等领域。
1. 电子器件导电高分子可以作为柔性电子器件的关键材料,例如有机场效应晶体管(OFETs)和有机太阳能电池(OPVs)等。
电子电器有哪些高分子材料
![电子电器有哪些高分子材料](https://img.taocdn.com/s3/m/67ca9d5f5e0e7cd184254b35eefdc8d377ee1475.png)
电子电器有哪些高分子材料电子电器是我们日常生活中不可或缺的物品,而高分子材料是电子电器中广泛应用的一类材料。
以下是电子电器中常见的高分子材料:1.聚合物基绝缘材料:电子电器中常用的绝缘材料大多为聚合物基材料,包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯(PET)等。
这些材料具有良好的绝缘性能,可以在电子电器中起到保护和隔离的作用。
2.聚合物基导电材料:一些电子电器需要导电性能,例如电线电缆、传感器等。
在这些应用中,常使用具有导电性能的聚合物材料,如聚苯胺(PANI)、聚苯乙烯(PS)、聚乙炔(PA)等。
这类材料具有较好的导电性能,可以满足电子电器的导电要求。
3.聚合物薄膜:电子电器中广泛使用的薄膜材料有聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯(PC)等。
这些聚合物薄膜材料具有优良的物理、化学性能,例如高温耐性、耐腐蚀性、高绝缘性等,可用于液晶显示器、光学器件、柔性电路等电子电器中。
4.聚合物基封装材料:在电子电器中,封装材料主要用于保护电子元器件,并提供机械强度和防尘、防水等功能。
常见的聚合物封装材料有环氧树脂(EP)、聚氨酯(PU)、硅橡胶(SR)等。
这些材料具有良好的粘接性能、机械强度和耐候性,可用于集成电路、LED灯、电子元器件的封装。
5.聚合物基胶粘剂:在电子电器的制造中,胶粘剂常用于固定、粘接电子元器件、连接器、线缆等。
一些聚合物胶粘剂具有优良的粘接性能、耐高温性能、抗电击穿性能等。
常见的聚合物胶粘剂有环氧树脂胶、硅橡胶胶、聚氨酯胶等。
总结起来,电子电器中常见的高分子材料包括聚合物基绝缘材料、聚合物基导电材料、聚合物薄膜、聚合物基封装材料和聚合物基胶粘剂等。
这些材料在电子电器的制造过程中扮演重要的角色,为电子电器的性能和功能提供支持。
六种导电高分子(或绝缘高分子)材料的分析
![六种导电高分子(或绝缘高分子)材料的分析](https://img.taocdn.com/s3/m/e0822d8e88eb172ded630b1c59eef8c75fbf95a3.png)
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
新型导电高分子材聚苯胺
![新型导电高分子材聚苯胺](https://img.taocdn.com/s3/m/612b54d8dbef5ef7ba0d4a7302768e9950e76e72.png)
技术创新推动发展
通过不断的技术创新和改进,有望 解决聚苯胺的稳定性、加工性能和 成本等问题,推动其更广泛的应用。
政策支持助力发展
随着国家对新材料产业发展的重视 和支持力度加大,聚苯胺的研究和 产业化将迎来更多机遇。
感谢观看
THANKS
量子点太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。
05
聚苯胺在其他领域的应用
聚苯胺在传感器领域的应用
总结词
具有高灵敏度和选择性
详细描述
聚苯胺由于其独特的电学和化学性质,被广 泛应用于传感器领域。它可以用于检测气体 、离子和生物分子等,具有高灵敏度和选择 性。通过改变聚苯胺的导电性能,可以实现
对不同目标物的检测。
02
聚苯胺的合成方法在早期主要采 用化学氧化法,近年来,随着电 化学合成技术的发展,电化学合 成法逐渐成为主流的合成方法。
聚苯胺的基本性质
聚苯胺是一种高度共轭的导电聚合物 ,具有优良的电导率、热稳定性和环 境稳定性。
聚苯胺的导电性可以通过质子酸掺杂 来调节,掺杂后的聚苯胺导电率可达 到金属水平。
聚苯胺的应用领域
聚苯胺在太阳能电池中的应用
总结词
聚苯胺在太阳能电池中作为光敏剂和电荷传输介质,具有高光电转换效率和稳定性等优 点。
详细描述
聚苯胺作为一种宽带隙半导体材料,具有优异的光电性能和良好的加工性,使其成为太 阳能电池的理想候选者。通过适当的合成和改性,聚苯胺可以显著提高太阳能电池的光 电转换效率和稳定性,降低成本并提高长期使用性能。聚苯胺在染料敏化太阳能电池和
03
聚苯胺的导电机理
聚苯胺的微观结构与导电性关系
微观结构
聚苯胺分子链中苯环的共轭结构使其具有良好的导电性能。 苯环的数量和排列方式决定了聚苯胺的导电性能。
导电高分子材料的合成与性能研究
![导电高分子材料的合成与性能研究](https://img.taocdn.com/s3/m/e7bf7575842458fb770bf78a6529647d272834f6.png)
导电高分子材料的合成与性能研究近年来,随着电子科技的迅速发展,导电高分子材料成为了研究的热点。
导电高分子材料被广泛应用于柔性电子、光电器件和生物传感器等领域,异质结构的设计和表面改性提升了其导电性能。
本文将探讨导电高分子材料的合成方法、性能研究以及未来的发展趋势。
一、合成方法目前,合成导电高分子材料的方法有很多种。
其中,化学氧化法是最常见的方法之一。
通常,通过在聚合物中添加导电性单体,如苯并噻唑或噻吩单体,然后利用硝酸和硫酸等化学试剂进行氧化反应,使聚合物具有导电性。
此外,溶胶-凝胶法也是一种制备导电高分子材料的常见方法。
该方法主要是通过溶胶的形成和凝胶的固化来合成导电高分子材料,其中,控制溶胶中高分子链的排列和交联程度对制备的导电高分子材料的性能至关重要。
此外,还有其他一些合成方法,如电聚合法、电化学聚合法和光聚合法等。
电聚合法是将电解质参与聚合反应,通过电流引发聚合反应,最终合成出导电高分子材料。
电化学聚合法是通过电位调节合成过程中的氧化还原反应,控制聚合物链的交联程度和电导率。
光聚合法则是利用紫外光或激光对聚合物单体进行激发,形成导电高分子材料。
二、性能研究导电高分子材料的性能研究主要包括导电性、力学性能、光学性能和热学性能等方面。
导电性是导电高分子材料最基本的性能之一,其导电性能直接影响材料在电子器件中的应用。
高导电性能可以提高电子器件的响应速度和传导效率。
力学性能是导电高分子材料的另一个重要性能,它决定了材料在实际应用中的可靠性和稳定性。
光学性能则是导电高分子材料在光电器件和光传感器等领域的重要性能,通过调控材料的光学性能,可以实现特定的光电转换功能。
热学性能则关注材料在高温环境下的稳定性和热导率。
此外,导电高分子材料的环境适应性和生物相容性也是研究的重点。
随着可穿戴设备和生物传感器技术的快速发展,对材料的环境适应性和生物相容性要求也越来越高。
所以,研究者们通过对导电高分子材料的结构和组成进行调控,来提高其在复杂环境和生物体内的稳定性和生物相容性。
新型导电高分子材料的制备及应用研究
![新型导电高分子材料的制备及应用研究](https://img.taocdn.com/s3/m/8f9c6412a9956bec0975f46527d3240c8447a1e7.png)
新型导电高分子材料的制备及应用研究一、绪论随着人们生活水平的不断提高,电子、通讯、领域成为了人们生活中不可或缺的一部分。
导电高分子材料,作为一种新型的功能材料,近年来吸引了越来越多的研究者的关注,因其在电子和通讯领域的广泛应用。
本文将从新型导电高分子材料的制备及应用两个方面进行探讨。
二、新型导电高分子材料的制备A.导电高分子材料的定义导电高分子是指具有导电性能的高分子材料,其不只是单纯的高分子材料,而也具备金属、半导体和非晶体等多种材料的特性。
导电高分子材料本身具有优异的电学和机械性质,是近年来备受关注的重要研究领域之一。
B.导电高分子材料的分类根据不同的导电机理,可以将导电高分子材料划分为两类:1.掺杂型导电高分子材料:在合成或后处理过程中添加能够提供电子的小分子或高分子。
2.共轭聚合物:是指由共轭单元重复单元组成的高分子,由于周边单元间电子共享而实现高分子材料的导电。
C.导电高分子材料的制备导电高分子材料的制备包括掺杂型导电高分子材料和共轭聚合物两种类型。
具体方法有:1.化学合成在化学合成中,通过化学反应或者高分子化学反应将掺杂剂或共轭单元与高分子主链引入到一起。
化学合成过程中,需要考虑反应条件、合成质量、掺杂剂的选择等多种因素。
2.物理掺杂物理掺杂是将掺杂剂分散在高分子分子链之间的方法。
该方法分为高分子反应法和物理混合法。
物理混合法通常采用简单的干燥法、滴加法、溶液浸渍法等方法,将高分子颗粒与掺杂剂共存于同一体系中。
3.自组装法自组装法是将掺杂剂与高分子相互作用形成有序多层结构,以提高导电性。
自组装方法的优点是能够直接控制纳米尺度的层和空隙,从而精确控制掺杂剂的形成与导电性质。
3.离子注入法离子注入法是将高能的离子注入材料,以改变高分子链的电子结构,影响导电性能的方法。
三、新型导电高分子材料的应用A.导电高分子材料在电子领域中的应用1.防静电材料导电高分子材料的导电性能可以达到电阻率在10^-4~10^-7Ω.cm之间,这种导电性能可以被广泛用于防静电行业中。
导电高分子材料的设计与制备
![导电高分子材料的设计与制备](https://img.taocdn.com/s3/m/12cd716e3069a45177232f60ddccda38376be186.png)
导电高分子材料的设计与制备概述:导电高分子材料是一类具有导电性能的高分子材料,其广泛应用于电子行业、能源领域以及生物医药等领域。
本文将探讨导电高分子材料的设计和制备方法,以及其在不同领域的应用。
导电高分子材料的设计:导电高分子材料的设计需要从两个方面考虑:一是选择合适的高分子基体材料,二是引入导电性能较好的添加剂。
在选择高分子基体材料时,需要考虑其化学稳定性、机械强度以及成本等方面。
通常选择的高分子基体材料包括聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)等。
这些高分子基体材料在导电性方面较差,因此需要引入导电添加剂。
导电添加剂是提高高分子材料导电性的关键。
常用的导电添加剂包括碳黑、金属颗粒、导电聚合物等。
其中,碳黑是一种常见的导电添加剂,它具有良好的导电性能和化学稳定性,常用于制备导电高分子复合材料。
导电高分子材料的制备方法:导电高分子材料的制备方法有许多,下面介绍其中常用的两种方法。
一种方法是物理混合法。
该方法将高分子基体材料和导电添加剂通过机械混合的方式获得导电高分子材料。
例如,将高分子基体材料与碳黑相混合,经过加热、压制等工艺步骤,得到导电性能较好的复合材料。
另一种方法是化学改性法。
该方法将导电添加剂通过化学反应与高分子基体材料结合,以提高导电性能。
例如,将金属颗粒与高分子基体材料进行化学修饰,利用金属颗粒与高分子基体之间的相互作用提高导电性能。
导电高分子材料的应用:导电高分子材料在各个领域都有广泛的应用。
在电子行业中,导电高分子材料可用于制造柔性电子产品,如柔性显示屏、柔性电池等。
其柔性特性使得这些产品更加轻薄便携,并且具备较高的导电性能。
在能源领域中,导电高分子材料可用于制备超级电容器、锂离子电池等。
其导电性能和化学稳定性使得这些能源设备具备高能量密度和长寿命等特点。
在生物医药领域中,导电高分子材料可用于制备生物传感器、人工智能仿生器官等。
其生物相容性和导电性能使得这些医疗器械具备更好的生物相容性和较高的灵敏度。
高分子导电材料
![高分子导电材料](https://img.taocdn.com/s3/m/206b8a7868eae009581b6bd97f1922791688bef7.png)
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。
导电性高分子材料的制备及电学性能分析
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导电性高分子材料的制备及电学性能分析在当今这个信息化、智能化的时代,电子技术成为推动社会发展的重要力量。
而要实现电子技术的各种功能,就需要有优良的导电性能材料作为基础。
在这其中,导电性高分子材料具有许多优越的性能,因此备受关注。
本文将介绍导电性高分子材料的制备方法和电学性能分析,力图为相关领域的研究人员提供一些参考。
一、导电性高分子材料的概念导电性高分子材料是指具有优良的导电性能的高分子材料。
通常,高分子材料不具有导电性,因为它的分子链通常具有一定的绝缘性。
但有时随着情况的变化,高分子材料中会出现一些有导电性的区域,例如共轭体系等。
有些导电性高分子材料中,这些有导电性的区域被称为“电子云”或“π电子体系”。
由于导电性高分子材料具有良好的导电性和优异的化学稳定性,因此它们在许多领域受到广泛应用,如:电子、信息、光电、化学传感、生物医药等。
二、导电性高分子材料的制备方法目前,制备导电性高分子材料的方法主要包括两大类:物理法和化学法。
物理法制备导电性高分子材料是指采用物理手段来实现高分子材料的导电化。
物理法制备导电性高分子材料的过程非常简单,只需要在高分子材料表面涂覆一层导电性涂料即可。
导电性涂料可以分为有机涂料和无机涂料两大类。
不同类型的导电性涂料适合不同的高分子材料。
物理法制备导电性高分子材料的优点是,制备过程相对简单,制备成本较低,同时,涂层对高分子表面的影响较小,不会影响高分子材料的性能。
化学法制备导电性高分子材料是指采用一些特殊的化学手段,使高分子材料获得导电性能。
这种方法通常需要对高分子材料进行一定的结构改性。
化学法制备导电性高分子材料需要先在高分子中引入具有高导电性的碳链结构或有机金属配合物等,然后在化学反应过程中,通过控制反应条件,使这些结构有序的排列起来。
这种方法制备的导电性高分子,具有导电性能好、稳定性高、选用范围大等特点。
但在制备过程中,需采用一定的化学条件,影响了材料的生产过程和成本。
导电高分子材料的导电性能
![导电高分子材料的导电性能](https://img.taocdn.com/s3/m/db59e34702d8ce2f0066f5335a8102d277a26144.png)
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。
导电高分子材料的合成及其应用
![导电高分子材料的合成及其应用](https://img.taocdn.com/s3/m/c732cc26fd4ffe4733687e21af45b307e871f9c2.png)
导电高分子材料的合成及其应用在现代科技发展中,导电高分子材料的应用越来越广泛,它们在电子设备、生物医学、传感器等众多领域中都发挥着重要的作用。
而要了解导电高分子材料的应用前,首先需要对它们的合成过程有所了解。
一、导电高分子材料的合成1. 聚噻吩类导电高分子材料聚噻吩是一类导电高分子材料,它们在众多电子器件中都有应用,如有机场效应晶体管、太阳能电池等。
聚噻吩的合成方法有很多种,其中,化学氧化法是目前最为常见的一种方法。
该方法通过将单体进行氧化反应,使其形成聚合物结构,从而获得高分子导电材料。
此外还有电化学合成法、热聚合法、蠕虫状聚合法等多种合成方法。
2. 聚苯胺类导电高分子材料聚苯胺是一类具有良好导电性能和物理化学性能的导电高分子材料,目前应用广泛于电器、传感器等领域。
聚苯胺的合成方法主要包括化学氧化法、电化学合成法、还原聚合法、自由基聚合法等多种方法。
其中,化学氧化法是最常见的一种方法,常用的反应剂有过氧化氢、氯酸、二氧化锇等,通过氧化单体得出聚合物结构。
3. 聚乙酸酯类导电高分子材料聚乙酸酯是另一种重要的导电高分子材料,其在传感器、电极、纳米电子器件等领域中有着重要应用。
聚乙酸酯的合成方法主要包括开环聚合法、原子转移自由基聚合法和酯交换反应等。
其中,开环聚合法是最为常用的一种方法,通过单体的环状分子结构,在合适催化剂的作用下,形成线性多聚体结构。
二、导电高分子材料的应用1. 传感器导电高分子材料因为具有导电性能,所以适于制备传感器。
例如,运用聚苯胺、聚噻吩等导电高分子材料,在物理规律的作用下,可以将触发后的信号转化为电信号,会产生较高的灵敏度和选择性,从而可制成高精度的传感器。
2. 电子器件导电高分子材料的导电性和可塑性使其十分适合用于制作电子器件。
例如,聚苯胺和聚噻吩可以用于制作有机场效应晶体管,这种晶体管可以作为电荷移动器件或放大器件。
此外,导电高分子材料还可以制作透明电极、有机电视等。
3. 生物医学导电高分子材料的天然柔软性和导电特性使其在生物医学领域具有很高的应用价值。
导电高分子聚苯胺及其应用
![导电高分子聚苯胺及其应用](https://img.taocdn.com/s3/m/8e4f2a9f3086bceb19e8b8f67c1cfad6195fe985.png)
3、传感器领域
3、传感器领域
聚苯胺作为一种敏感材料,在传感器领域有着广泛的应用。通过化学或电化 学掺杂,聚苯胺的导电性能发生变化,利用这种特性可以制造出各种传感器。例 如,基于聚苯胺的酸碱传感器可以用来检测溶液的酸碱度,而聚苯胺基的压力传 感器则可以用于监测压力变化。
Байду номын сангаас
三、研究方法
1、化学反应机理
导电高分子聚苯胺的合成
3、聚合反应:将苯胺单体、氧化剂和催化剂混合在一起,在适当的温度和压 力条件下进行聚合反应。
导电高分子聚苯胺的合成
4、后处理:通过后处理步骤,如脱色、干燥等,得到纯净的导电高分子聚苯 胺。
4、后处理:通过后处理步骤, 如脱色、干燥等,得到纯净的导 电高分子聚苯胺。
4、后处理:通过后处理步骤,如脱色、干燥等,得到纯净的导电高 分子聚苯胺。
导电高分子聚苯胺及其应用
01 引言
目录
02 一、研究现状
03 二、应用领域
04 三、研究方法
05 参考内容
引言
引言
导电高分子材料在当代科技领域具有广泛的应用前景,其中聚苯胺作为一种 新型的高分子导电材料备受。聚苯胺具有优异的导电性能、良好的化学稳定性和 易于制备等优点,成为一种极具潜力的导电高分子材料。本次演示将详细介绍聚 苯胺的研究现状、应用领域及研究方法,并展望其未来发展方向。
4、后处理:通过后处理步骤,如脱色、干燥等,得到纯净的导电高 分子聚苯胺。
3、功能性应用研究:除了传统的电子、航天、建筑等领域,探索聚苯胺在新 能源、生物医学等领域的应用,如作为电池材料、生物传感器等。
4、后处理:通过后处理步骤,如脱色、干燥等,得到纯净的导电高 分子聚苯胺。
4、理论计算模拟:通过理论计算和模拟,深入了解聚苯胺的分子结构和性能 之间的关系,为材料的设计和优化提供指导。
导电高分子材料的应用研究状况及发展趋势
![导电高分子材料的应用研究状况及发展趋势](https://img.taocdn.com/s3/m/0d20a5b0f71fb7360b4c2e3f5727a5e9846a277c.png)
导电高分子材料的应用研究状况及发展趋势导电高分子材料是一种具有导电性能和高分子特性的材料,在各种应用领域具有广泛的应用前景。
导电高分子材料的研究始于20世纪60年代,随着科技的快速发展,导电高分子材料的研究逐渐取得了突破性进展,已经在电子存储器、显示器、光电子器件、电池等领域得到了广泛应用。
未来,导电高分子材料的研究和应用将继续向以下几个方向发展。
首先,导电高分子材料的应用领域将进一步扩大。
目前,导电高分子材料主要应用于电子器件、传感器和光电设备等领域,但随着人们对新能源和环保技术的需求增加,导电高分子材料将在能源存储、能源转换和环境保护等领域得到更广泛的应用。
例如,导电高分子材料可以应用于太阳能电池和燃料电池中,提高能量转换效率;在环境保护领域,导电高分子材料可以用于制备高效的电极材料,用于污水处理和气体分离等环保技术。
其次,导电高分子材料的性能将持续提升。
目前,导电高分子材料的导电性能已经相对成熟,但其导电性能仍然不及金属和半导体材料。
因此,未来的研究将致力于提高导电高分子材料的导电性能,使其能够达到或接近金属和半导体材料的水平。
例如,研究人员可以通过合成新的高分子材料、优化材料结构和调控材料表面等方法提高导电高分子材料的导电性能。
第三,导电高分子材料的组装和加工技术将进一步完善。
导电高分子材料的组装和加工技术是实现其应用的重要环节。
目前,导电高分子材料的组装和加工技术还比较简单和原始,制备的导电高分子材料通常具有较低的导电性能和机械强度。
因此,未来的研究将致力于开发新的组装和加工技术,以提高导电高分子材料的性能和可加工性。
例如,研究人员可以通过纳米级操控技术、刻蚀技术和纺丝技术等方法制备具有高导电性和优异力学性能的导电高分子材料。
最后,导电高分子材料的环境适应性将得到提高。
由于导电高分子材料通常具有较低的稳定性和耐用性,限制了其在实际应用中的推广和应用。
因此,未来的研究将致力于提高导电高分子材料的环境适应性,使其能够在恶劣的环境条件下稳定工作。
导电性高分子材料的设计与合成
![导电性高分子材料的设计与合成](https://img.taocdn.com/s3/m/9c77a9274531b90d6c85ec3a87c24028915f85f2.png)
导电性高分子材料的设计与合成高分子材料是一种具有重要应用前景的材料,具有轻质、高强度、防腐、导电等特性,在能源、信息、环保等领域有广泛的应用。
其中,导电性高分子材料因其在电子设备、传感器、光电器件等方面的应用,受到了广泛的关注。
本文将阐述导电性高分子材料的设计与合成方法。
一、导电性高分子材料的特性导电性高分子材料是一类能够传导电流的高分子材料,通常表现出高电导率、高化学稳定性、良好的光学透明性等性能。
这些材料有良好的导电性能,可以被用于制造高效的导电电路板、柔性传感器、电子设备等。
同时,导电性高分子材料还具有重量轻、柔韧性好、易加工等特点,因此也被广泛地应用于面板显示和电池领域。
二、导电性高分子材料的设计与合成方法高分子材料的导电性能与其分子结构有密不可分的关系,因此设计合成高效导电高分子材料是非常关键的。
下面将介绍几种常用的导电高分子材料的设计与合成方法。
1. 导电聚合物导电聚合物具有分子内的导电机制,在分子链上引入共轭结构才能使得分子链形成宽带隙和低低禁带的π-电子体系,从而变成导电材料。
因此,合成导电聚合物时设计分子结构尤为重要,其中最常用的策略是在高分子骨架中引入共轭结构单元。
例如,聚苯乙烯(PS)作为一种共轭高分子,具有与金属相当的电子迁移率,是一种常用的导电材料。
此外,还有聚苯胺、聚三嗪、聚噻吩、聚芳族醚等导电聚合物,这些材料在电化学传感器、柔性显示器、太阳能电池等领域有广泛的应用。
2. 碳纳米管复合材料碳纳米管是一种具有单壁和多壁两种结构的碳纳米结构,具有良好的导电性和机械强度,因此被广泛地应用于导电高分子材料中。
碳纳米管可以通过化学氧化或电化学方法得到,然后与高分子材料进行复合制备,这样的碳纳米管复合材料既保留了高分子的柔性,又具有了高导电性和高机械性能。
3. 聚合物/纳米颗粒复合材料聚合物/纳米颗粒复合材料是将导电性纳米颗粒和高分子材料复合制备而成的材料。
导电性纳米颗粒是指电导率高的金属氧化物或碳纳米材料,如氧化铜、氧化铈、氧化锌、碳纳米管等。
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第1期
1998 年 2 月
高性 能导电高 分子材料
石高全 李 春 梁映秋
210093) ( 南京大学化学化工学院
摘
要
系统地总结了近年来提高导电高分子材料力学、 电学以 及加工性 能的新技术。 展望 导电高分子材料 掺杂 塑料金属材料
了获得可与一般通用金属材料 , 如 : 铝、 铜、 铁等相比的塑料金属材料 ( M etallic Plastics) 的可能性。 关键词
[ 15]
图 3 利用可溶性前聚体合成几种 导电高分子的反应方程式
4
4. 合成导电高分子复合材料 导电高分子和其他具有良好性能的绝缘高分子材料混合在一起能改善其加工性能[ 16] 。 这里的绝缘高分子必须是低成本, 低密度, 并且具有良好的环境稳定性和良好的加工性能的材 料。共混高分子中的各个组份之间的相互作用强烈影响共混物的电导率和其他物理性能。绝 缘体的存在虽然可以改善材料的加工性能, 但常常降低了其导电性。合成导电高分子 绝缘高 分子嵌段或接枝共聚物材料也能改善导电高分子的加工性能。 四、 展望 到目前为止 , 人们已经在改善导电高分子单一性能方面取得了突破。如 : 导电性能, 力学 性能, 或加工性能。然而, 提高导电聚合物的综合性能是一项重要而困难的工作。这是因为 : 导电高分子的各个方面的性能是相互制约的。用常规技术提高导电高分子某一方面的性能常 常是以损害其它方面性能为代价的。如 : 在一定程度内提高材料的掺杂程度会提高材料的导 电性, 但其力学强度会下降, 加工性能也会削弱。反之亦然。但是, 这种制约不是绝对的。超 长共轭分子链的合成是一条最为可能的有效途径。分子链的增长不仅能提高其电导率, 而且 可以提高其力学性能和热稳定性。高度取向和高度结晶性导电高分子的合成也是极具诱惑力 的技术。取向和结晶不但有利于分子链的规整排列, 从而有利于偶极子的跃迁 , 而且有利于所 有的分子链在同一个方向承担外力的作用。另外一种技术是研制导电纤维 导电高分子复合 材料[ 17] 。特别是长的碳纤维具有高强度 , 高导电性 , 比重小等优点。在导电高分子材料中添 加少量的碳纤维可以大大提高导电高分子材料的性能。事实上 , 聚噻吩 碳纤维复合膜的力学 性能已经远远超过金属铝, 其导电性也很优异。由此可见 , 经过一段时间的艰苦努力, 获得真 正的塑料金属材料是大有希望的。
[ 10] [ 11]
2. 可溶性导电高分子 可溶性导电高分子可以由相应的溶液加工成膜或纺成纤维。MacDiarm id 等用 0. 1 mol/ L 氨水把聚苯胺 转化 成翠 绿色 的亚胺 后可 溶于 N 甲基 吡咯 烷酮 ( NMP 形成 粘稠 的 溶液。 Heeger 等用十二烷基苯磺酸或樟脑磺酸掺杂后的聚苯胺具有与聚氯乙烯类似的热塑性。可 溶性聚吡咯是用十二烷基苯磺酸同步掺杂的方法获得的[ 13] 。在这种情况下 , 大体积的对离子 的存在削弱了导电高分子的分子链间作用, 同时降低了聚合物链间交联度。研制可溶性导电 高分子的另一个重要的技术是在导电高分子主链上加入柔顺的长链。这一技术可以应用于几 乎所有的导电高分子单体。最为成功的例子要算聚( 3 烷基噻吩) 的合成 3. 利用可溶性高分子前聚物
[ 3]
Hale Waihona Puke 。因此 , 研制电、 力学性能
优异 , 结构稳定 , 易于加工成型的导电高分子材料就变得尤为重要。本文介绍了合成高性能导 电高分子材料的最新进展。 一、 高导电性导电高分子 对导电高分子性能具有影响作用的因素很多 , 大体可以划分为如下四个方面: 结构因素、 堆积形态因素、 掺杂因素和环境因素。要全面而具体地讨论每一个因素的作用是一个内容广 泛的课题。但是 , 就导电高分子的某种性能的改变而言 , 都可以从这四个方面加以阐述。 导电高分子在掺杂之后其链结构上存在着自由基离子 , 物理上习惯于称它们为单偶极子 , 双偶极子或孤子。这类偶极子和孤子的存在与跃迁使其具有了导电性。而偶极子的分子链内
H 13 C 6 ( a) ( S H N ( d) N H 的 实 O R ( e)
n
105 S/ cm 。它的导电性可与铂和铁相比 , 而
C 6H 13 N ) S ( c) (
n
O
( b) )
n
N (
) S S
n
O O 上羊 O N 甲烷 R
n
N
O
图1
几种低能带能垒导电高分子结构式
2
能带能垒 ( 2eV) 。这类聚合物的能带能垒较低被认为是由于共轭的芳香环带来了大的离域结 构。在主链上同时带有正电荷和负电荷的导电高分子也被测定为具有较低的能带能垒。图 1 中列出了几种具有低能带能垒的导电高分子的结构。但是 , 到目前为止, 还没有发现这类聚合 物具有比常规导电高分子更高的电导率。因此, 这一领域需要更为深入而具有突破性的工作。 二、 高强度导电高分子 导电高分子的力学强度是评价其材料性能优劣的另一个重要参数。化学合成的导电高分 子常常表现为没有任何力学强度的粉末。当然, 也有一些例外。如: 在低温下合成的聚苯胺粉 末的分子量可以达到数十万。在一定的条件下可以将其加工成高强度的膜材料。高性能的聚 乙炔膜可通过 Shirakaw a 途径得到 。反应式见图 2 。这一过程中所用的催化剂是 Ziegler Nat ta 型催化剂, 而聚合物是在单体与催化剂所形成的气/ 液界面上生成的。
[ 14]
。
一些导电高分子能从相应的非共轭可溶性导电高分子前驱体制得。可溶性前驱体在用溶 解成型后加热处理转化成共轭结构。这些前驱体必须有足够的稳定性和相当高的转化率。这 是得到聚苯基乙炔膜的常规手段。另外, Barllard 等用这一技术得到了高分子量的聚苯 。 聚乙炔及其衍生物膜也可以从相应的可溶性预聚体得到。图 3 列出了从可溶性前驱物合成导 电高分子的几个有限的例子。
导电高分子指的是具有共轭长链结构的一类聚合物材料。虽然 , 这类材料处于本征态时 的电导率比一般具有非共轭结构的聚合物要高, 但它们还是绝缘体或准半导体。将导电高分 子从绝缘态转变成导电态需要从其分子链中迁移出电子
[ 1]
。这种电子迁移的过程叫 做 掺
杂 。导电高分子的掺杂与去掺杂等同于电化学上的氧化与还原。因此, 掺杂手段可以是化学 的也可以是电化学的。导电高分子在掺杂之后其分子链上就带上了电荷。为了维持材料的电 中性 , 需要一个带有相反电荷的离子与其配对。这种具有相反电荷的离子被称为对离子。导 电高分子链上所带电荷可划分成容量电荷与非容量电荷[ 2] 。前者是指与对离子松散结合的 那部分电荷, 它可以跟随外界电压的变化而同步地发生氧化或还原, 而后者是指与对离子紧密 配对的那部分电荷, 它们不能随外加电压变化发生同步响应。导电高分子具有和一般聚合物 不同的特性。具有导电性、 电容性和电化学活性; 同时还具有一系列光学性能 , 如 : 电致变色 性、 电致发光性和非线性光学性能等。因此, 它们在许多电子技术方面具有潜在的应用。如 : 信息储存、 光信号处理、 化学能储存、 电致荧光显示等。然而 , 人们发现将这类材料推向现实可 用的路程是非常漫长而曲折的。需要化学、 物理学和材料科学等方面的科学工作者作长期的 交叉学科的探索。这是因为导电高分子具有大的共轭离域结构 , 其分子间作用很强。从而, 常 常表现出力学强度差、 不易加工成型、 电性能的环境稳定性差等
H C 子的 C H
A l( Et ) 3 / T i( O n Bu) 4
n/ 2
[ 8]
图2
Shirakawa 途径合成聚乙炔
电化学沉积法是得到高性能导电高分子膜材料最为有效和直接的方法。许多力学性能良 好的导电高分子材料膜 , 如聚吡咯, 聚噻吩 , 聚苯以及它们的衍生物均是用这种方法得到的。 但这些膜的厚度都在数十微米以内。电化学聚合的聚合电位、 溶剂性质、 电极性质、 聚合温度、 [ 9] 单体浓度等对材料的力学性质具有决定性的影响 。低的聚合温度和强极性分子介质 ( 如 乙 腈, 硝基苯等) 有利于生成堆积紧密、 性能良好的芳香性导电高分子材料。最近 , 石高全等用纯 的三氟化硼乙醚溶液作为电解质, 不锈钢片作为工作电极在一定的电压下获得了力学强度超 过金属铝的聚噻吩膜 和高强度聚苯膜 。这些材料同时具有较高的柔顺性, 可以用机械 切割的方法加工成型。这是因为三氟化硼乙醚溶液是一种强的路易斯酸, 能与噻吩单体进行 配位并活化其 位质子 , 使单体聚合电位大幅度下降。另外, 该电解质溶液在相当宽的电压 范围内是非常稳定的 , 聚合过程中副反应少, 提高了聚合物的分子量。聚噻吩与金属铂等贵金 属之间的相互作用很强。因此 , 当聚合物膜从这些基质上剥离下来时常常带有伤口。这些物 理缺陷容易引起应力集中而降低材料的强度。但不锈钢片就克服了这一缺陷。必须指出的 是: 在这一体系中还可以获得厚度在 400~ 500 m 的高强度导电聚合物板。它的抗张强度大 大超过了一般的通用塑料。从而, 可以被称为是真正的塑料金属板( met allic plast ic sheet) 。这 些成功的例子说明了 : 稳定而具有电催化作用的溶剂是合成高强度导电高分子的良好介质。 电极材料必须是电化学惰性的 , 并且它与高分子材料应具有弱的相互作用。 三、 可加工性导电高分子 改善导电高分子的加工性能是科学工作者面临的又一挑战。经过近二十年的努力, 目前 已经发展成熟了数种行之有效的技术。这些技术无一不与导电高分子合成技术紧密结合 , 同 时至今还没有一种技术可以适用于所有的导电高分子。 1. 可裁剪型导电高分子 人们已经分别报道了把导电高分子直接合成成纤维[ 3] , 膜状或纳米结构[ 12] 的技术。然 而, 将导电高分子加工成所需形状最为简便快捷的方法就是直接对它们进行切割和裁剪。这 就要求导电高分子具有金属般的柔顺性和力学强度。到目前为止, 具有高力学性能的聚苯, 聚 苯胺 , 聚噻吩等导电高分子材料均已问世。但它们仅占导电高分子家族的极小部分。因此 , 这 仍是现在和今后一段时间内极具挑战性的研究领域。 3
国家科委攀登计划和国家自然科学基金资助项目 ( NS FC: 29773019)