功能高分子材料課件 第三章導電高分子材料1

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1、1第三章導電高分子材料導電聚合物的結(jié)構(gòu)特征（復合型、本征型）；導電聚合物的基本的物理、化學特性；導電聚合物的應用。重點內(nèi)容：永久導電吸塑片材吸塑導電海綿PU導電海綿主要用于電子原器件儀器儀表的包裝。本品表面電阻達到102-105Ω,本產(chǎn)品是無炭黑型是用導電高分子材料制成，耐水性好導電吸塑包裝吹塑導電包裝1概述2結(jié)構(gòu)型導電高分子第三章導電高分子材料3復合型導電高分子5電活性聚合物4超導電高分子7第三章導電高分子材料1.概述1.1導電高分子的基本概念物質(zhì)按電學性能分類可分為絕緣體、半導體、導體和超導體四類。高分子材料通常屬于絕緣體的范疇。但1977年美國科學家黑格

2、（A.J.Heeger）、麥克迪爾米德（A.G.MacDiarmid）和日本科學家白川英樹（H.Shirakawa）發(fā)現(xiàn)摻雜聚乙炔具有金屬導電特性以來，有機高分子不能作為導電材料的概念被徹底改變。8艾倫·黑格（1936—），1936年生于依阿華州蘇城?，F(xiàn)為加利福尼亞大學的固體聚合物和有機物研究所所長，是一名物理學教授。因有關(guān)導電聚合物的發(fā)現(xiàn)而成為2000年度諾貝爾化學獎三名得主之一。艾倫·G·馬克迪爾米德(1927—??)，美國化學家。1927年生于新西蘭，1953年取得美國威斯康星大學博士學位，1955年取得英國劍橋大學博士學位，1955年至今在美國賓夕發(fā)尼

3、亞大學擔任教授，白川英樹（1936—），日本著名化學家因開發(fā)成功了導電性高分子材料而成為2000年諾貝爾化學獎三名得主之一9導電性聚乙炔的出現(xiàn)不僅打破了高分子僅為絕緣體的傳統(tǒng)觀念，而且為低維固體電子學和分子電子學的建立打下基礎(chǔ)，而具有重要的科學意義。上述三位科學家因此分享2000年諾貝爾化學獎。黑格小傳麥克迪爾米德小傳白川英樹小傳第三章導電高分子材料10第三章導電高分子材料導電材料金屬、合金導電高分子復合型本征型自由電子正負離子氧化還原電子轉(zhuǎn)移載流子11第三章導電高分子材料導電高分子不僅具有由于摻雜而帶來的金屬特性（高電導率）和半導體（p和n型）特性之外，還具

4、有高分子結(jié)構(gòu)的可分子設計性，可加工性和密度小等特點。為此，從廣義的角度來看，導電高分子可歸為功能高分子的范疇。導電高分子具有特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學性能使它在能源、光電子器件、信息、傳感器、分子導線和分子器件、電磁屏蔽、金屬防腐和隱身技術(shù)方面有著廣泛、誘人的應用前景。12第三章導電高分子材料導電高分子自發(fā)現(xiàn)之日起就成為材料科學的研究熱點。經(jīng)過近三十年的研究，導電高分子無論在分子設計和材料合成、摻雜方法和摻雜機理、導電機理、加工性能、物理性能以及應用技術(shù)探索都已取得重要的研究進展，并且正在向?qū)嵱没姆较蜻~進。本章主要介紹導電高分子的結(jié)構(gòu)特征和基本的物理、化學特

5、性，并評述導電高分子的重要的研究進展。13第三章導電高分子材料1.2材料導電性的表征根據(jù)歐姆定律，當對試樣兩端加上直流電壓V時，若流經(jīng)試樣的電流為I，則試樣的電阻R為：電阻的倒數(shù)稱為電導，用G表示：（3—1）（3—2）14第三章導電高分子材料電阻和電導的大小不僅與物質(zhì)的電性能有關(guān)，還與試樣的面積S、厚度d有關(guān)。實驗表明，試樣的電阻與試樣的截面積成反比，與厚度成正比：同樣，對電導則有：（3—3）（3—4）15第三章導電高分子材料上兩式中，ρ稱為電阻率，單位為（Ω·cm），σ稱為電導率，單位為（Ω-1·cm-1）。顯然，電阻率和電導率都不再與材料的尺寸有關(guān)，而只決

6、定于它們的性質(zhì)，因此是物質(zhì)的本征參數(shù)，都可用來作為表征材料導電性的尺度。在討論材料的導電性時，更習慣采用電導率來表示。16第三章導電高分子材料材料的導電性是由于物質(zhì)內(nèi)部存在的帶電粒子的移動引起的。這些帶電粒子可以是正、負離子，也可以是電子或空穴，統(tǒng)稱為載流子。載流子在外加電場作用下沿電場方向運動，就形成電流?？梢?，材料導電性的好壞，與物質(zhì)所含的載流子數(shù)目及其運動速度有關(guān)。17第三章導電高分子材料假定在一截面積為S、長為l的長方體中，載流子的濃度（單位體積中載流子數(shù)目）為N，每個載流子所帶的電荷量為q。載流子在外加電場E作用下，沿電場方向運動速度（遷移速度）為ν

7、，則單位時間流過長方體的電流I為：（3—5）18第三章導電高分子材料而載流子的遷移速度ν通常與外加電場強度E成正比：式中，比例常數(shù)μ為載流子的遷移率，是單位場強下載流子的遷移速度，單位為（cm2·V-1·s-1）。結(jié)合式（3—2），（3—4），（3—5）和（3—6），可知（3—6）（3—7）19第三章導電高分子材料當材料中存在n種載流子時，電導率可表示為：由此可見，載流子濃度和遷移率是表征材料導電性的微觀物理量。（3—8）20第三章導電高分子材料材料的導電率是一個跨度很大的指標。從最好的絕緣體到導電性非常好的超導體，導電率可相差40個數(shù)量級以上。根據(jù)材料的導電

8、率大小，通?？煞譃榻^緣體，半導體、導體