第一章导电聚合物

第一章、导电高分子概述
第一章导电聚合物
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主要内容
➢导电高分子概述及其应用 ➢导电高分子的分类 ➢复合导电高分子 ➢分子轨道理论
第一章导电聚合物
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一、导电高分子概述及其应用
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➢光电磁功能高分子是当今国际上最热门的 研究课题
➢是最新兴的高科技领域 ➢尤其是导电高分子领域
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➢ 包括外形隐身设计、电子对抗隐身技术和隐身材料三个重 要方面。 只有将上述三个方面有机地结合起来, 才能获得 更好的隐身效果。
➢ 隐身材料是隐身技术的关键。新型隐身材料有: 手性材料、 纳米隐身材料、导电高分子材料、陶瓷类吸收剂、盐类吸 收剂、多晶铁纤维吸收剂、等离子体吸收剂等, 由于导电 高分子材料的结构多样化、密度小和独特物理化学性质, 引起科学界的广泛重视。
0.5 0.16 0.4 1.0 0.75
10-1 4.9 5×102 10-3 3 2 10-2 1
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N CH3
N
N CH3
S
S CH3
BF4
BF4
BF4
I2 ClO4 BF4
I2 SO3
I2
0.25 0.25 0.25 0.7
0.9
1.5×102
4
2×10-3
10-2~5 8×10-1
100 7×10-11 9×10-5 4.5×10-1
S
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C 6H 5
I2
S
C6H5 C6H5
I2
S
I2
1.0
N
CH3
Fe
I2
AsF5
1.0
S
AsF5+AsF3
AsF5
S
1.7×10-5
2×10-6 1
1.3×10-4 1
200 2.7×10-2
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在雷达隐身技术中的应用
➢ 导电高分子材料作为吸收剂被应用。导电聚合物 主要有聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺 等, 这 些导电聚合物的纳米微粉具有良好的吸 波效果, 与纳米金属吸收剂复合后吸波效果更佳。
在美国用聚苯胺制成的导电高分子屏蔽材料的屏蔽效 果已达到40 dB。以上。我国华因科技有限公司研制的 屏蔽系列涂料, 在80 微米 时, 屏蔽效能达到了40 dB～ 60dB 。
国外研究得较多的是涂料型红外隐身材 料, 其次是薄膜材料。
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在红外激光隐身技术中的应用
➢导电高分子在红外隐身技术中得到广泛应 用。 导电高分子材料在智能隐身材料中的应 用。智能隐身材料的应用降低了电子系统 本身的质量和成本, 用智能纤维增强的聚合 物做隐身的结构材料, 不仅降低了雷达散射 的截面, 同时把飞机的质量减轻了50% , 并 对声波也具有良好的隐身效果。
➢利用导电高分子在掺杂前后导电能力的巨 大变化, 实现防护层从反射电磁波到透过电 磁波的切换, 实现智能隐身的功能。
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Байду номын сангаас 在红外激光隐身技术中的应用
➢用于热隐身的材料应具备以下基本特征: 具有符合要求的热红外发射率或较强的控
温能力; 具有合理的表面结构; 具有较低的 太阳能吸收率; 能与其它频段的隐身要求兼 容。
杂质浓度
0.4、0.2、1.12 0.98
室温导电率（欧 姆厘米）-1
1.2×103、 5×102 80 10-2
10-5
10-4
AsF5
2.9×10-4
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CH C H = C H 0 .9 4 B r0 .0 6
CH=CH N=N
I2 I2 AsF5 AsF5 AsF5 AsF5 ClO4 BF4
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高分子具有导电性？
➢以前的看法：绝对是绝缘体－塑料、橡胶 与纤维
➢现在的认识：高分子材料也具有导电性 （本征），而且对国民经济和人民生活有 着重要的贡献。
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新的学科——导电高分子诞生
七十年代末发现了导电聚合物
➢纯净的聚乙炔----绝缘体 ➢首次通过掺杂使聚乙炔的电导率提高
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材料的导电率
超导体
YBa2Cu3O7(125K)
(BEDT-TTF)2Cu(SCN)2 1024 (10.4K)C60K(38K)
金属 半导体 绝缘体
金，银，铜 (SN)x石墨
锗
硅 AgBr 水
106 103 100 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15
烯掺
掺杂 杂 聚 咯 掺吩 掺 聚 对 杂杂
乙苯 炔撑
乙
聚聚 吡噻
反式聚乙炔
聚噻吩 顺式聚乙炔 聚吡咯 聚对苯撑乙烯 聚对苯 尼龙 聚乙烯 聚苯乙烯
10-18
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分类
绝缘体： σ≤10-12 S.cm-1
半导体： （σ= 10-12~102 S.cm-1
金属导体： σ= 102~106 S.cm-1
超导体： σ→∞ S.cm-1
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导电高分子的应用
半导体 半导体器件：场 效应晶体管、(发 光)光电二极管、 太阳能电池等.
导体 电极、电磁 波屏蔽、抗 静电材料等。
可逆掺杂 聚合物电池、电 致变色显示器、 传感器、人工肌 肉等。
聚合物发光电池
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导电高分子材料在隐
身技术中的应用
➢ 隐身技术是指在一定的范围内降低需隐身目标的信号反射 特征或者减少自身特征信号的泄漏,使其难以被信号探测 器发现的技术, 包括雷达波隐身、红外隐身及其它隐身技 术。
12个数量级－－103(•cm) -1 1977 ----------------新的交叉科学的诞生 2000年诺贝尔奖（H.Shirakawa, MacDiarmid, Heeger）
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导电高分子的定义
导电率为σ= 10-12~106 S.cm-1 ，其本征态可能不导电，或 者是半导体，但掺杂后成为 半导体或导体。
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F117隐形战斗机 B-2幽灵隐身战略轰炸机
F-22”猛第一禽章导”电聚战合物 斗机
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四代机
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各种导电聚合物的室温导电性
分子式
CH=CH
CH3 CH=C
CF3 CH=C
C6H5 CH=C
H5C6 C6H5 C=C
杂质
AsF5、I2、Na AsF5 I2 I2
利用掺杂态导电高分子的导电性和半导体性, 反射或吸 收电磁波, 已经用导电聚吡咯纤维编制成迷彩盖布, 可 以干扰敌方的电子侦察。
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在雷达隐身技术中的应用
➢在电子仪器的壳体内部或孔壁涂上导电高 分子涂层, 可将其导电能力提高到10-1 S /cm 以上, 以实现仪器壳体内外的电磁屏蔽 作用。