導(dǎo)電高分子材料論文

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1、導(dǎo)電高分子材料的研究進(jìn)展摘要：介紹了導(dǎo)電高分子材料的概念、分類、導(dǎo)電機(jī)理、應(yīng)用領(lǐng)域及其與傳統(tǒng)導(dǎo)電材料比較，導(dǎo)電高分子材料的特點(diǎn)。綜述了近幾年具有發(fā)展前景的幾種導(dǎo)電高分子材料的研究狀況，并對(duì)前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：導(dǎo)電高分子；導(dǎo)電機(jī)理；應(yīng)用；發(fā)展方向1.導(dǎo)電高分子1.1導(dǎo)電高分子材料的研究進(jìn)展高分子材料自問世至今，已經(jīng)有一百多年的歷史。1856年硝化纖維作為第一個(gè)塑料專利問世，20世紀(jì)60年代；許多性能優(yōu)良的工程塑料相繼投入工業(yè)化生產(chǎn)；20世紀(jì)80年代，材料科學(xué)已滲透各個(gè)領(lǐng)域，可以說已經(jīng)進(jìn)入高分子時(shí)代。大多數(shù)高分子材料都是不導(dǎo)電的，因而高分子材料被廣

2、泛地作為絕緣材料使用。1862年，英國(guó)Letheby在硫酸中電解苯胺而得到少量導(dǎo)電性物質(zhì)；1954年，米蘭工學(xué)院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4為催化劑制得聚乙炔；1970年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)類金屬的無機(jī)聚合物聚硫氰(SN)x具有超導(dǎo)性，有機(jī)高分子與無機(jī)高分子導(dǎo)電聚合物的開發(fā)研究合在一起開始了探尋之旅。1974年日本筑波大學(xué)H.Shirakawa在合成聚乙炔的實(shí)驗(yàn)中，偶然地投入過量1000倍的催化劑，合成出令人興奮的有銅色的順式聚乙炔薄膜與銀白色光澤的反式聚乙炔。1980年，英國(guó)Durham大學(xué)的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。1983年

3、，加州理工學(xué)院的H.Grubbs以烷基鈦配合物為催化劑將環(huán)辛四烯轉(zhuǎn)換了聚乙炔，其導(dǎo)電率達(dá)到35000S/m，但是難以加工且不穩(wěn)定。1987年，德國(guó)康采思巴斯夫公司BASF科學(xué)家N.Theophiou對(duì)聚乙炔合成方法進(jìn)行了改良，得到的聚乙炔電導(dǎo)率與銅在同一數(shù)量級(jí)，達(dá)到107S/m。導(dǎo)電高分子材料的研究和發(fā)展開始逐漸走向成熟，并且亟待著可以走向應(yīng)用領(lǐng)域。1.2導(dǎo)電高分子的定義導(dǎo)電高分子又稱為導(dǎo)電聚合物，是由具有共軛π鍵的高分子經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)“摻雜”使其由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體的一類高分子材料。導(dǎo)電高分子材料是一類兼具高分子特性及導(dǎo)電體特征的高分子材料。1.3

4、導(dǎo)電高分子的分類從美國(guó)科學(xué)家A．P．Heeger和Macdiarmid發(fā)現(xiàn)聚乙炔(Polyacetylene)有明顯的導(dǎo)電性后，研究、開發(fā)高分子材料的導(dǎo)電性及其應(yīng)用取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，導(dǎo)電高分子材料已經(jīng)在功能高分子材料及導(dǎo)電體中占有重要的地位。按結(jié)構(gòu)和制備方法不同，可將導(dǎo)電高分子材料（CPs）分為復(fù)合型與本征（結(jié)構(gòu)）型兩大類。結(jié)構(gòu)性導(dǎo)電高分子本身具有“固有”的導(dǎo)電性，由聚合物結(jié)構(gòu)提供導(dǎo)電載流子（包括電子、離子或空穴）。這類聚合物經(jīng)摻雜后，電導(dǎo)率可大幅度提高，其中有些甚至可達(dá)到金屬的導(dǎo)電水平。復(fù)合型導(dǎo)電高分子是在本身不具備導(dǎo)電性的高分子材料中摻混入

5、大量導(dǎo)電物質(zhì)，如炭黑、金屬粉、箔等，通過分散復(fù)合、層積復(fù)合、表面復(fù)合等方法構(gòu)成的復(fù)合材料。根據(jù)電荷載流子的種類，導(dǎo)電聚合物被分為電子導(dǎo)電聚合物和離子導(dǎo)電聚合物：以自由電子或空穴為載流子的導(dǎo)電聚合物稱為電子導(dǎo)電聚合物，電子導(dǎo)電型聚合物的共同特征是分子內(nèi)含有大的線性共軛π電子體系。以正、負(fù)離子為載流子的導(dǎo)電聚合物被稱為離子導(dǎo)電聚合物。離子導(dǎo)電聚合物的分子具有親水性、柔性好，允許體積較大的正、負(fù)離子在電場(chǎng)作用下在聚合物中遷移的特性。1.導(dǎo)電機(jī)理2.1本征型導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理本征型導(dǎo)電高分子材料是由具有共軛π鍵的聚合物，經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)“摻雜”后形成導(dǎo)

6、電，導(dǎo)電性顯示強(qiáng)烈的各向異性，通過大分子π鍵電子云交疊形成導(dǎo)帶，共軛分子鍵的方向就是導(dǎo)電方向。從導(dǎo)電載流子的種類來看，又被分為電子型和離子型兩類。電子型導(dǎo)電高分子材料指的是以共軛π鍵大分子為主體的導(dǎo)電高分子材料，導(dǎo)電的載流子是電子（空穴）或孤子。離子型導(dǎo)電高分子材料通常又叫高分子固體電解質(zhì)，其導(dǎo)電時(shí)的載流子主要是離子。高分子聚合物導(dǎo)電必須具備兩個(gè)條件：（1）要能產(chǎn)生足夠數(shù)量的載流子（電子、空穴或離子、孤子等）；（2）大分子鏈內(nèi)和鏈間要能夠形成載流子導(dǎo)體通道。W.P.Su.J.R.Schrieffer和A.J.Heeger于1979年提出孤子理論。根

7、據(jù)這一理論，孤子、極化子和雙極子化被視為導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電載流子。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，“摻雜”是氧化還原過程，其實(shí)質(zhì)是電荷轉(zhuǎn)移；其次，導(dǎo)電高分子的“摻雜”量很大，可高達(dá)50%；再次，導(dǎo)電高分子有“脫摻雜”過程，而且“摻雜-脫摻雜”過程完全可逆?！皳诫s”所用方法包括化學(xué)方法、電化學(xué)方法以及無離子引入的暫態(tài)摻雜法。但是無論在摻雜實(shí)質(zhì)、摻雜量、摻雜后形成的載流子性質(zhì)、摻雜/脫摻雜可逆等方面與無機(jī)半導(dǎo)體的“摻雜”概念有本質(zhì)的差異。2.2電子導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理電子導(dǎo)電聚合物的載流子是電子和空穴，這些電子應(yīng)具有離域或移動(dòng)的能力，因此，作為導(dǎo)電高分子的必要條件是分子內(nèi)

8、部具有跨鍵離域移動(dòng)能力的電子或空穴，其結(jié)構(gòu)應(yīng)有大的共軛體系。在有機(jī)共軛分子中，σ鍵是定域鍵，構(gòu)成分子骨架；而垂直于分子平面