导电高分子材料

导电高分子材料第1页，课件共26页，创作于2023年2月组长徐旭东成员徐恺芸杨玲玲高敏林新志高敏晓王成沈梦楚

第2页，课件共26页，创作于2023年2月2000年诺贝尔化学奖得主美国物理学家Heeger

美国化学家MacDiarmid

日本化学家Shirakawa

第3页，课件共26页，创作于2023年2月猜猜我是谁？第4页，课件共26页，创作于2023年2月

我的偶像——浙大牛逼教授郑强，男，1960年09月生，工学博士、博士生导师。

教育部“长江学者”特聘教授

国家杰出青年基金获得者

首批新世纪百千万人才工程国家级人

中共浙江大学党委委员

浙江大学材料与化学工程学院副院长

浙江大学高分子科学与工程学系主任

浙江大学先进纤维材料研究中心主任第5页，课件共26页，创作于2023年2月现任浙江大学材料与化学工程学院副院长、浙江大学高分子科学与工程学系系主任。兼任教育部高分子材料教学指导委员会委员、中国流变学委员会委员、中国高分子科学委员会聚合物表征专业委员会副主任委员、中国复合材料学会聚合物基复合材料专业委员会委员、中国机械工程学会材料分会高分子材料工程专业委员会委员。曾荣获浙江大学“竺可桢基金优秀教师奖”(1998年)，浙江省“跨世纪学术带头人”培养人选(1999年)，“浙江大学学生心目中最喜爱的老师”称号(2001年)，国家杰出青年基金获得者(2001年)。

第6页，课件共26页，创作于2023年2月世界上第一种导电聚合物：掺杂聚乙炔1977年，美国化学家MacDiarmid，物理学家Heeger和日本化学家Shirakawa首次发现掺杂碘的聚乙炔具有金属的特性。并因此获得2000年诺贝尔化学奖使用Ziggler—Natta催化剂AlEt3/Ti(OBu)4,Ti的浓度为3mmol/L，Al/Ti约为3—4。催化剂溶于甲苯中，冷却到-78度,通入乙炔，可在溶液表面生成顺式的聚乙炔薄膜。掺杂后电导率达到105S/cm量级

第7页，课件共26页，创作于2023年2月导电聚合物是由具有共轭∏键的聚合物经过化学或电化学的掺杂而形成的导电聚合物除了具有高分子聚合物的一般的结构特点外还含有一价的对阴离子（P型掺杂）或对阳离子（N型掺杂）导电聚合物最引人注目的一个特点是其电导率可以在绝缘体—半导体—金属态（10-9到105s/cm）较宽的范围里变化。这是目前其他材料所无法比拟的第8页，课件共26页，创作于2023年2月导电高分子的主要类型：除了最早的聚乙炔（PA）外，主要有聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚对苯乙烯(PPV)、聚苯胺(PANI)以及他们的衍生物其中聚苯胺结构多样、掺杂机制独特、稳定性高技术应用前景广泛，在目前的研究中备受重视其中聚乙炔的所能达到的电导率在已发现的导电聚合物中是最高的，达到了105S/cm量级，接近Pt和Fe的室温电导率第9页，课件共26页，创作于2023年2月第10页，课件共26页，创作于2023年2月什么是导电高分子的掺杂呢？纯净的导电聚合物本身并不导电，必须经过掺杂才具备导电性掺杂是将部分电子从聚合物分子链中迁移出来从而使得电导率由绝缘体级别跃迁至导体级别的一种处理过程导电聚合物的掺杂与无机半导体的掺杂完全不同第11页，课件共26页，创作于2023年2月导电高分子的掺杂与无机半导体的掺杂的对比无机半导体中的掺杂导电高分子中的掺杂本质是原子的替代是一种氧化还原过程掺杂量极低（万分之几）掺杂量一般在百分之几到百分之几十之间掺杂剂在半导体中参与导电只起到对离子的作用，不参与导电没有脱掺杂过程掺杂过程是完全可逆的第12页，课件共26页，创作于2023年2月目前掺杂的方式主要有两种：氧化还原掺杂：可通过化学或电化学手段来实现。化学掺杂会受到磁场的影响遗憾的是目前为止还没有发现外加磁场对聚合物的室温电导率有明显的影响质子酸掺杂：一般通过化学反应来完成，近年发现也可通过光诱导施放质子的方法来完成还有掺杂—脱掺杂—再掺杂的反复处理方法，这种掺杂方法可以得到比一般方法更高的电导率和聚合物稳定性

第13页，课件共26页，创作于2023年2月导电高分子无处不在科研人员正在研究高分子低温等离子在导电高分子仪器

第14页，课件共26页，创作于2023年2月导电高分子无处不在高分子导电薄膜高分子导电聚合物第15页，课件共26页，创作于2023年2月聚合物的掺杂过程直接影响导电聚合物导电能力，掺杂方法和条件的不同直接影响到导电聚合物的物理化学性能第16页，课件共26页，创作于2023年2月导电高分子的导电机理载流子是由孤立子、极化子、双极化子等自由基离子构成的极化子和孤立子的存在和跃迁使高分子链具有了导电性第17页，课件共26页，创作于2023年2月最新研究进展和发展趋势高导电性导电聚合物高强度导电高分子可溶性导电高分子分子导电自掺杂或不掺杂导电聚合物、复合型聚合物、光电磁多功能聚合物等第18页，课件共26页，创作于2023年2月高导电性导电聚合物目前为止发现的导电高分子仍属于半导体的范畴，而未能到到真正的金属态具有低能带能隙的导电高分子是实现“合成金属”的重要途径在1984年Wudl等合成了聚苯并噻吩，其能带能隙只有1eV杂环芳香族高分子的电导率往往高于非杂环芳香族的高分子。聚合物链的取向程度的提高也会大大的提高其取向方向的电导率1987年，Basescu等合成了高取向度的聚乙炔，用碘掺杂后其电导率高达2*105S/cm，是目前所知道的电导率最高的导电聚合物之一第19页，课件共26页，创作于2023年2月高强度导电高分子通常化学合成的高分子常表现为没有任何力学强度的粉末。例外：通过Shirakawa途径可以得到高性能的聚乙炔薄膜得到高性能导电高分子膜材料最有效和直接的方法是电化学沉积法低的聚合温度、强极性分子介质以及电化学惰性的电极材料有利于生成堆积紧密，性能良好的芳香导电高分子材料第20页，课件共26页，创作于2023年2月可溶性导电高分子它可以更好地用于研究分子结构与导电性能之间的关系可以很好地解决导电聚合物的加工成型问题可溶性导电高分子可以由相应的溶液直接加工成膜或者纺成纤维研制可溶性高分子的一个重要技术是在导电高分子链中加入柔软的长链，这一技术可以应用于几乎所有的高分子单体

第21页，课件共26页，创作于2023年2月导电高分子材料的应用导电聚合物特殊的结构以及优异的物理化学性能，使得其在能源（二次电池、太阳能电池、固体电池），光电器件，晶体管，镇流器，发光二极管（LED），传感器（气体和生物）,电磁屏蔽，隐身技术以及生命科学等方面都有诱人的应用前景第22页，课件共26页，创作于2023年2月结构性导电高分子材料的用途应用领域或有用的效用实例电子电导电加热元件的挠性导体，电磁屏蔽材料，抗静电材料电极燃料电池，光化学电池，传感器，心电图仪边界层效应选择性透过膜，离子交换剂，医药控制释放电子学分子电子学，发光二极管，数据存储，改良场效应晶体管光学电致变色显示器，非线性光学材料，滤光片电致伸缩效应微触动器第23页，课件共26页，创作于2023年2月美国密里肯公司通过控制现场聚合条件将聚吡咯与纤维复合，制备了商品名为Contex和Intrigue的导电纤维，并制成了轻型伪装网，美国国防部已经将其以用于隐形轰炸机的隐身涂料第24页，课件共26页，创作于2023年2月导电高分子材料发展展望作为分子器件研究的重要组成部