导电高分子材料.ppt

,ConductivePolymer导电高分子,张盼SA170200202017.11.03,1,02,导电高分子分类,(聚苯亚乙烯),（PAn),2,导电高分子,02,聚吡咯Polypyrrole,导电性好和电化学可逆性好充电电池的电极材料(太阳能电池)超级电容器,导电态绝缘态分子电子器件(二极管、三极管)PPy纳米线纳米光电器件,电化学氧化还原性质，质子酸掺杂行为；当PPy膜周围环境的酸度或化学气氛发生变化，引起其电化学性质的变化PPy基气敏材料气体的检测电流型生物传感器酶、核酸探测微波吸收剂,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。,3,人造肌肉(ArtificialMuscle)（机器人）,共轭导电聚合物处于不同的氧化态时，其体积有显著的不同，即对于外加电压会产生体积响应。根据这一特性，可用来仿制人工肌肉。日本科学家制造出可与人类肌肉相媲美，且无需马达、齿轮等复杂装置的人造肌肉。伸缩率可达15%，相当于人的肌肉20%的伸缩率。人造肌肉中一根管状导电塑料可承重20克，1600根绑在一起可承重20公斤。如果人造肌肉体积和人的肌肉相同，其力量可达后者的100倍。,鲤鱼形状的它在嘴巴里装备有摄象机，同时可以测量水下氧气，为鱼类饲养提供关键数据。,日本大阪从事新材料开发的几家公司，成功用高分子材料的“人造肌肉”制成了一种机器鱼。,导电高分子,4,RFID标签,RFID：无线射频识别标识技术，这种非接触式自动识别技术的RFID商品标签被认为将是今后全球商品交易及物流中采用最广的技术之一。塑料RFID标签将来潜在的市场，包括门禁管制、货物管理、资产回收、物料处理、废物处理、医疗应用、交通运输、防盗应用、自动控制、联合票证等许多领域。,印刷用于低价格无线射频识别体系的无源元件,导电高分子,5,02,五元杂环，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。,（PTh）,比利时爱克发(Agfa)公司以PEDOT导电油墨作为电极材料的柔性OLED,聚噻吩不溶不熔，有很高的强度，引入取代基后可溶。双取代：溶解性较好，制备印刷电路板通孔的内表面涂料。,应用：防腐、抗静电、有机太阳能电池、化学传感、电致发光器件等聚噻吩的衍生物PEDOT是有机电致发光器件制备中重要的空穴传输层材料。EDOT（3,4-乙撑二氧噻吩单体）,聚合和掺杂性与PPy相似，多为电化学聚合法。,导电高分子,聚噻吩Polythiophene,6,发光二极管（PLED）利用导电高分子与金属线圈当电极，半导体高分子在中间，当两电极接上电源时，半导体高分子将会开始发光。比传统的灯泡更节省能源而且产生较少的热，具体应用包括平面电视机屏幕、交通信息标志等。,2004，13英寸,导电高分子应,7,太阳能电池,电高分子可制成太阳电池，结构与发光二极管相近，但机制却相反，它是将光能转换成电能。优势在于廉价的制备成本，简单的制备工艺，具有塑料的拉伸性、弹性和柔韧性。,导电高分子,8,导电高分子应用,02,防腐蚀涂料：金属表面涂覆，能阻止空气、水和盐分挥发，遏制金属生锈和腐蚀；充当催化剂，干扰金属电化学氧化反应。抗静电和电磁屏蔽材料：良好的导电性，与高聚物的亲合性优于碳黑或金属粉，可以与塑料、橡胶、纤维结合，如手机外壳以及微波炉外层防辐射涂料、和军用隐形材料等。二次电池的电极材料：高纯度纳米聚苯胺具有良好的氧化还原可逆性，可以作为二次电池的电极材料。碳纳米管(CNT)/导电高分子复合体系研究热点。选择电极：纳米聚苯胺对于某些离子和气体具有选择性识别和透过率。特殊分离膜高温材料：热失重温度大于200，远远大于其他塑料制品。太阳能材料：纳米聚苯胺有良好的导热性，导热系数是其他材料的23倍，可作太阳能材料的替代产品。,（PAn）,聚苯胺,9,防静电、电磁屏蔽、防腐蚀,电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)(也称作电磁污染)。,PAN的屏蔽效果最好。当PAN膜厚大于50m时，其屏蔽效能在80100dB范围内，满足工业和军事要求。相比于金属EMI屏蔽材料具有密度小、环境稳定性好、电导率可调、EMI屏蔽效能尤其是电磁吸收性能好，能够吸收雷达波，因此可以做隐身飞机的涂料。防蚀涂料能够防腐蚀，可以用在火箭、船舶、石油管道等。,导电高分子,10,05,导电高分子,导电高分子应用,11,02,1.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,导电高分子的电导率范围,导电高分子特性,12,02,2.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,导电高分子特性,13,导电高分子凝胶（CPGs）,导电聚合物的导电性取决于构成材料的分子结构、掺杂水平和分子包装的顺序。具有各种纳米结构如0D纳米颗粒，1D纳米纤维和2D纳米片的导电聚合物，已被开发和应用于一系列技术领域，如传感器、电子工业和能量存储与转换器件。这些纳米结构的导电聚合物的电性能可能由于不均匀聚集，严重的复位以及在加工和组装过程中接触不良所引起的结构缺陷而被削弱。,14,导电高分子凝胶（CPGs）,受天然凝胶的合成启发，通过使用多官能团的分子连接共轭高分子链得到3D网络结构的导电高分子凝胶（CPG）发展起来。,15,导电高分子凝胶（CPGs）,与纯粹的PPy相比，CuPcTs掺杂的PPy的电化学活性大大增强,16,导电高分子凝胶（CPGs）,17,导电高分子凝胶（CPGs）,18,导电高分子凝胶（CPGs）,19,导电高分子凝胶（CPGs）,通过热处理得到的CPG衍生的碳框架材料具有很多优点：首先，它们具有层次多孔的结构，以适应各种物质运输通道与其活性部位的连接：其次，与传统的多孔碳材料相比，它们可以提供更多的活性部位；,此外，因为交联剂可以提供关键元素的原子，使得N或其他元素的掺杂可以在热处理期间在原位完成和调控；最后，CPG衍生的碳框架对于ORR和OER都显示出高催化活性。,20,导电高分子凝胶（CPGs）,温控开关,自愈合,压力传感器,超疏水表面,21,导电高分子凝胶（CPGs）,导电高分子凝胶有望成为下一代锂离子电池粘合剂,22,导电高分子凝胶（CPGs）,参考文献：1ZhaoF,ShiY,PanL,etal.MultifunctionalNanostructuredConductivePolymerGels:Synthesis,Properties,andApplicationsJ.AccountsofChemicalResearch,2017,50(7):1734-1743.2WangY,ShiY,PanL,etal.Dopant-enabledsupramolecularapproachforcontrolledsynthesisofnanostructuredconductivepolymerhydrogelsJ.Nanoletters,2015,15(11):7736-7741.3YuC,WangC,LiuX,etal.AcytocompatiblerobusthybridconductingpolymerhydrogelforuseinamagnesiumbatteryJ.AdvancedMaterials,2016,28(42):934