纳米导电聚合物

对应形貌的目标材料的方法。多孔聚碳酸酯(Polycarbonate)和
氧化铝 (Anodic aluminum oxide ， AAO) 模板可以制备导电聚吡 咯、聚苯胺和聚三甲基噻吩等纳米线和纳米管。利用聚(L-丙交 酯 )(poly(L-lactide) ， PLA) 和 聚 ( 四 亚 甲 基 己 二 酰 二 胺)(poly(tetramethylene adipamide)，PA)等纳米纤维制备高 分子、金属及其他材料的微米／纳米管。以碳纳米管 (Carbonnanotubes，CNTs)或碳纳米管阵列为模板，可以得到导 电聚合物包覆的碳纳米管。以球形的胶体微粒作为模板可得到 导电聚合物空心微球。
电聚合物微管或纤维，有着十分诱人的应用前景。Zhihua 等
最早以亚微米的介孔膜为模板，合成了直径仅为几百纳米的 取向聚吡咯和聚（3-甲基噻吩）纳米导电纤维。一般地，导 电纤维的电导率随着直径的增加而逐渐下降，因此，直径为 30nm 的取向导电纤维较常规合成的导电高分子的电导率 10-
100S∙cm-1，高出1个数量级。
模板法制备的聚合物纳米管

利用模板法制备的导电聚合物纳米线和纳米管的 尺寸可控性好，应用范围较广，并且容易实现纳米结 构的有序排列。但是，模板的使用，使得制备过程变 得相对繁琐和复杂。一方面，模板的本身制备过程比
较复杂；另一方面，模板的去除不仅增加反应步骤，
也会对产物形貌造成破坏。
(2)无模板法
浸渍时间及改变溶液的化学成分，极易获得不同厚度、不同
电导率的功能性聚合物纳米复合膜，为导电聚合物的实用化 创造了良好条件。
2、导电聚合物纳米纤维（管）
纳米碳管是最细的‘分子导线”以及最小的“试管”和 “纳米线圈”。事实上，导电聚合物本身在理论上就是分子 导线。但用常规的化学合成方法得到的是没有力学强度的导 电高分子聚集体，因此合成具有良好力学性的纳米尺度的导
过程直接制备聚合物纳米结构材料的研究发展很快。
无模板法制备的纳米管和空心微米球
(3)静电纺织技术
电纺丝技术可用于聚合物纳米纤维的制备。静电 纺丝法制备聚合物纳米纤维具有设备简单、使用广泛、 成本低廉、操作容易以及高效等优点，因此它被认为 是制备大量聚合物连续纳米纤维最有效的方法，近几 年来越来越引起人们的重视。
静电纺织装置示意图
如图所示，在静电纺丝工艺过程中，聚合物熔体或溶液被
装入纺丝容器内，加上几千至几万伏的高压静电，在毛细管和 接地的接收装置间产生一个强大的电场力。相同电荷相斥导致
了电场力与液体的表面张力的方向相反。随着电场力的增大，
(1)模板法(Template Synthesis)
(2)无模板自组装法(Template-free Synthesis)
(3)静电纺丝技术(Electrospinning)
(1)模板法

所谓模板法，是以某些特殊形貌的材料(多孔材料、纳米
纤维、胶体颗粒等)作为反应或加工的模板，合成或制备具有相
合物都是绝缘体的传统观念，开创了导电聚合物的研究领 域，诱发了世界范围内导电聚合物的研究热潮。大量的研 究表明，各种共轭聚合物经掺杂后都能变为具有不同导电 性能的导电聚合物，具有代表性的共轭聚合物有聚乙炔、
聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等。
导电聚合物的突出优点是既具有金属和无机半导体
的电学和光学特性，又具有有机聚合物柔韧的机械性 能和可加工性，还具有电化学氧化还原活性。这些特 点决定了导电聚合物材料将在未来的有机光电子器件
自组装是利用分子间氢键、范德华力和配位键等
弱相互作用，通过自发过程，形成管、线、球等复杂 结构及二维和三维有序结构。

与模板法相比，无模板自组装方法简单，廉价，
对实验条件要求不严格，可以通过化学和电化学手段 来实现聚合，但在可控性和制备有序结构方面有所欠 缺，有待进一步的研究和提高。近年来，采用自组装
和电化学器件的开发和发展中发挥 纳米导电聚合物的应用前景很广阔，主要有：
(1)纳米复合膜
(2)纳米纤维(管)
(3)纳米粒子
1、纳米复合膜
含有可离子化侧基（如一COOH，一SO3H等）的导电聚
合物极易与聚阳离子化合物自组装成聚电解质的纳米复合膜， 如 聚 （ 3 一 醋 酸 噻 吩 ） （ PTAA － PAH ） 和 碳 化 聚 苯 胺 （SPAn-PAH）等都是具有一定电活性的有机薄膜。与上述带 可离子化侧基的导电高聚物衍生物不同，聚吡咯、聚苯胺等 共轭高分子经 p- 型掺杂后，高分子链中产生离域化的正电荷 载流子，可与聚阴离子化合物自组装成具有较高环境稳定性、 导电性的纳米复合膜。利用 SA( 分子自组装膜 ) 法，通过控制
第九节
纳米导电聚合物
一、导电聚合物的发展及应用前景

1977 年 A.J.Heeger 、 A.G.MacDiarmid 和 白 川 英 树 (H.Shirakawa) 发现，聚乙炔薄膜经电子受体 (IAsF6) 掺杂 后电导率增加了9个数量级,由10-6S/cm增加到103S/cm(他们
共同获得了2000年诺贝尔化学奖)。这一发现打破了有机聚
3．导电聚合物纳米粒子 直接合成导电聚合物胶体粒子是获得导电高分子均一 溶液的有效途径之一， Armess等人利用空间位阻稳定化机 理制得了粒径约为 120nm的聚苯胺颗粒； Chan HSO等人 在（W－O）乳化液中聚合聚苯胺超微颗粒（直径10~30nm）
后，进而用电沉积法制成导电率可达 8.5s· cm-1 的聚苯胺膜；
宋根萍等选择 SDBS-An-H2O三组分O-W微乳液与苯胺单体 共存的两相体系进行苯胺聚合 (微乳法是合成纳米材料常用 的方法)，获得了直径仅为 3nm，分散均匀且有较好导电性 的 PAn 超细颗粒。以上方法得到的纳米级聚苯胺微粒，可
作为纳米导电材料。
三、导电聚合物纳米结构的制备

由于纳米科学和纳米技术的迅速发展，聚合物纳 米结构的研究也引起了科学家们的高度重视。目前， 制备导电聚合物纳米结构的方法很多，这里主要介绍：