导电高分子材料的应用

导电高分子材料的应用

作者：10线缆332 杨怀斌

摘要：主要介绍了导电高分子材料的主要应用领域。

关键词：导电高分子材料、应用。

Electricity large molecular weight of material for application

Summary：A Electricity large molecular weight of material for application bstract: Mainly introduced the electric conduction high polymer material main application domain.

Keywords ：electricity polymer materials, the application.

近年来，以塑料、橡胶、纤维为代表的高分子材料已经广泛应用于我们的生产生活中。对于高分子材料的电学性能，人们通常应用的是其介电性，即将其制作成绝缘材料，例如应用于电线电缆的外包皮。然而，其导电性却一直鲜为人知。我的综述讲的就是导电高分子材料的应用。

1.主要应用领域。

1.1导电高分子的氧化还原性能与应用。

氧化还原可逆性是导电高分子最重要的特性之一。导电高分子如聚乙炔、聚苯胺、聚噻吩等主链的共轭结构存在多种变化，能以不同的氧化成存在，不同氧化程度之间能够可你的互相转化，因此导电高分子具有可逆的氧化还原性。

对于导电高分子材料而言，由于具有上述独特的氧化还原性能，在电极活性材料、电化学和催化活性材料、贵金属的回收、金属防腐材料、船舶防污涂料及电致变色器件等方面有十分重要的潜在应用。

1.1.1作为电极材料的应用。

导电高分子材料的研究与应用中，目前最热门的就是电极材料，尤以蓄电池的电极材料应用研究最为广泛。1979年，宾夕法尼亚大学的研究小组发现了聚乙炔膜的正离子或负离子电化学掺杂方法，使掺杂剂可以可逆地在聚乙炔中进行掺杂与脱掺杂，从而开始了轻型、高比能量的蓄电池的开发。随后，应用于蓄电池电极材料的导电高分子材料得到了长足进步。1991年，Charles和Walker 开发出一种新的电极材料聚-3-甲基酚硫，以LiAlCl4为电解质，制成的电池具有较高的电容量和能量密度。

以导电高分子材料做电极的蓄电池，具有较高的电容量和能量密度，充电效率也较高，具有很大的开发潜，。但要实际应用，其电解质及电池材料的稳定性仍是需要解决的问题。

1.1.2贵金属的回收。

在酸性溶液中，导电高分子材料具有可逆的氧化还原性能，可用于金的回收。

1.1.3金属防腐蚀及船舶防污涂料。

世界钢铁的年消耗量逐年增加，同时也因腐蚀而报废的钢铁也猛增，钢铁的防腐也迫在眉睫。1991年美国的劳斯阿拉莫国家实验室（LANA）及美国宇航局（LANA）均报道用导电态聚苯胺可以防止低碳钢的腐蚀，同时他们发现将聚苯胺涂在火箭发射塔的内壁，可是发射塔避免因在发射过程中产生大量盐酸而受到严重腐蚀。美国Thomps、Elsenbaumer、危岩以及德国的齐普林凯乐斯公司均对该领域作出了巨大的贡献。1996年，在美国召开的国际合成金属大会上，金属防腐被认为是导电高分子最有希望的应用之一。由导电高分子组成的防腐涂料具有抗划伤的特征。

1.1.4电致变色器材。

电致变色显示器件在施加压力后，能显示可逆变化的颜色。利用导电高分子具有可逆的氧化还原性能及伴随氧化态的变化发生可逆的颜色变化，可将其用于电致变色显示器、自动调光玻璃等。由于但单一的导电高分子品种很难实现三原色显示，因此人们将几类导电高分子通过化学、电化学

或物理的方法共混成全色电致变色材料。

1.2导电高分子的电化学应用。

本征态导电高分子同金属或导电炭黑的导电材料相比，不仅密度小、易加工成型、耐腐蚀，而且能加工成透明导电材料。另外透明导电材料的电导率不仅可通过掺杂率来控制，还能通过选择不同的掺杂剂、溶剂和掺杂方法来调节。

1.2.1透明电极和发光二极管。

透明导电膜是在透明的高分子膜表面上形成的对可见光透明的导电薄膜。除了金属、半导体等无机材料外，也已经采用高分子电解质等来做透明导电物质。

1.2.2应刷电路板。

传统印刷电路板的工业，镀铜工艺复杂，成本高，并有环境污染问题。劳斯阿拉莫斯国家实验室发明了在绝缘体基板上镀金属的新方法，即将导电高分子如聚吡咯或聚苯胺沉淀在绝缘的印刷电路板线路空的内壁上，继而通过电化学发将铜镀在导电高分子层上。

1.2.3电磁波屏蔽。

随着各种商用和家用的电子产品数量的迅速增加，电磁波干扰已成为一种新的社会公害。对电子仪器、设备进行电磁屏蔽是极为重要的。直接使用混有导电高分子材料的塑料做外壳，引起成型与屏蔽一体较使用太重又不方便的金属板做外壳，在塑料外壳涂一层金属或含有碳粉、碳纤维导电涂料，或通过电镀金属将外壳覆盖等方法更为方便。

1.2.4抗静电。

高分子材料表面的静电积累和火花放电是引起许多灾难性事故的重要原因。添加抗静电剂是高分子材料常用的抗静电方法，其优点是其工艺简单，添加量低，，效果显著，对基材的原有物性影响小，便于染色。

通常，既要使抗静电剂与基材有必要的相容性，但又不能太强。由于导电高分子大部分本身就是一种有机高分子材料，电导率可方便地在10-8~1S/cm范围内调节，与其他有机高分子的混溶性远优于炭黑或金属材料，而且有优良的耐久性，环境温度对其防腐蚀和导电性影响不大，因此是一种很有竞争力的新型功能涂料。

美国是目前生产抗静电剂最多的国家，共有40多个厂家生产150多个牌号，1990年的消耗为4.5kt。其次是西欧，使用量约为4.20kt。国内抗静电剂的生产和研究还处在发展阶段，只有上海助剂厂和大连轻工研究所等十余家生产，品种和牌号也远不如国外。国外抗静电剂的发展趋势是制造耐热耐久、适用面广、功能性提高和品种系列化产品。

1.3 高分子掺杂/脱掺杂。

1.3.1 气体分离膜。

现代气体分离技术中，膜分离技术由于能耗和成本比其他分离方法低，并且无环境污染，因而十分引人注目。已广泛应用于石油开采、化工、食品包装、保鲜、炼油厂、废气回收、工业燃烧炉节能以及环保等方面。

导电高分子如聚苯胺、聚吡咯可以通过溶液浇铸成膜，膜的电导率可以通过改变其掺杂率来控制，并具有可逆的掺杂-脱掺杂性能。

1.3.2 导电高分子传感器。

导电高分子的掺杂-脱掺杂性能还可应用于传感器上。如将聚吡咯通过电化学方法固定在葡萄糖氧化还原酶上，当葡萄糖氧化还原酶使葡萄糖氧化分解时，产生的过氧化氢可掺杂聚吡咯，从而提高聚吡咯的电导率。因此，可通过检测聚吡咯膜的电导率的变化来测定血液或其他溶液中的葡萄糖的浓度。由于该方法简单，且灵敏度较高、成本较低，医学上可用于制备一次性血糖检测器。另外，通过研究各种气体与聚苯胺或聚吡咯膜的作用引起的电导率的变化规律，可将聚苯胺膜用于测定空气中的NH3、H2S、SO2等有害气体以及战场上的毒气，但目前检测灵敏度有待提高。

1.3.3 催化剂载体。