导电高分子材料演讲ppt演讲材料.doc

精品文档3 电导率 =1/=1/(*m)=S/m 电阻率，=RS/L单位：mS/m, S/cm, S/cm5 1862年：英国伦敦医学专科学校 H.Letheby 在硫酸中电解苯胺而得到少量导电性物质（可能是聚苯胺）。1954年：米兰工学院 G.Natta 用 Et3Al-Ti(OBu)4为催化剂制得聚乙炔, 虽然有非常好的结晶体和规则的共轭结构，然而难溶解、难熔化、不易加工和实验测定，这种材料未得到广泛利用。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。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10-810-7S/m；未掺卤素的反式聚乙炔为10-310-2 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。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 Robert H. Grubbs 以烷基钛配合物催化剂将环辛四烯转换成了聚乙炔，导电率35000S/m，但难以加工且不稳定。广义导电高分子7 复合型结构型(本征型)(狭义导电高分子) 将碳素、金属、金属氧化物等导电粒子引入到绝缘高分子材料基材中，得到具有导电性能的多相复合体系。 主链结构具有导电功能的高分子，一般以电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子受体或供体的掺杂后得到。 在较大范围内调节电学和力学性能，成本较低，易于成型和大规模生产。 不仅具有由于掺杂而带来的金属特性（高电导率）和半导体（p和n型）特性之外，还具有分子可设计性，可加工性和密度小等特点。9 1导电高分子定义：具有-共轭体系，经过“掺杂”后具有导电性的一类高分子材料的统称。2结构通式：P+xxA-n（p型掺杂） P-xxA+n（n型掺杂）式中：P+、P-带正电和带负电的-共轭体系高分子链； A- 、A+一价对阴离子和一价对阳离子； x掺杂度。3离子与链间作用:对阴离子和对阳离子与高分子链之间没有化学键合，仅起到正负电荷平衡的作用4纯净无缺陷的理想共轭结构高分子：绝缘体，不导电。5导电行为的产生：激发使共轭结构出现缺陷，最常用的方法是掺杂(doping)，其他有光激发等物理方法。6导电高分子的掺杂：在共轭结构高分子链上发生电荷转移或氧化还原反应，是实现由绝缘体向半导体、导体转变的必要途径。 (CH)n + nx A (CH)+x xA-1 n 氧化掺杂（I2、ASF5） (CH)n + nx A (CH)-x xA+1 n 还原掺杂（Na、K） x掺杂度，即高分子被氧化还原的程度；聚乙炔：x=00.17掺杂目的：降低能带隙8掺杂的结果：在聚合物的空轨道中加入电子或从占有轨道中拉走电子，从而改变原有电子能带的能级，产生能量居中的半充满能带，减小能带间的能级差，使自由电子迁移阻力降低。电子迁移阻力降低了，就更容易导电了。12 1.导电率变化范围宽 随掺杂度变化，可在绝缘体半导体金属态之间变化13 2.掺杂-脱掺杂过程可逆 导电高分子不仅可以掺杂, 而且还可以脱掺杂, 并且掺杂-脱掺杂的过程完全可逆。3.具有光学性能（光诱导吸收、光致发光等非线性光学特性）、磁学性能、电化学性能（随氧化/还原过程，颜色发生变化）等15 聚吡咯 Polypyrrole（PPy）五元环，稳定性相对较好。电化学合成法 化学氧化法掺杂剂：金属盐类FeCl3，卤素I2、Br2，质子酸H2SO4及路易斯酸BF3等 具有生物相容性，无毒害，用作生物医用领域及研制人工肌肉、气体和生物传感器、电磁屏蔽、隐身材料、抗静电材料、导电纤维等聚苯撑/聚对苯 Poly(p-phenylene)含有芳环结构的有机聚合物具有相当好的热稳定性，结构规整的高结晶度的聚苯撑可稳定到800900 。弱点：缩合型交联剂，有低分子挥发物，受限制聚噻吩 Polythiophene （PTh）五元杂环，无活泼氢。本征态聚噻吩为红色无定型固体，掺杂后则显绿色。这一颜色变化可应用于电致变色器件。聚合和掺杂性与PPy 相似，多为电化学聚合法。聚苯胺 Polyaniline还原单元氧化单元依两单元所占比例不同，聚苯胺可有三种极端形式。即全还原态 (y=0，简称LEB) 全氧化态 (y=1，简称PNB) 中间氧化态 (y= 0.5，简称EB) ，各态之间可以相互转化制备方法：化学氧化聚合 & 缩合聚合 & 电化学聚合17 图里上下分别是导电高分子的特性和应用的对照，重合的深色部分是利用了多种特性的应用18 举了两个例子，第一个是P