功能高分子--導(dǎo)電高分子

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1、導(dǎo)電高分子(ConductingPolymers)本章主要內(nèi)容一、前言二、導(dǎo)電高聚物的定義，分類三、導(dǎo)電高聚物的導(dǎo)電機(jī)理四、導(dǎo)電高聚物的應(yīng)用一、前言絕緣體<10-101半導(dǎo)體10-10~1022導(dǎo)體>1023超導(dǎo)體?4通常，聚合物材料屬于絕緣體范疇。電導(dǎo)率?,s/cm（西門子/厘米）按電學(xué)性能分類材料導(dǎo)電率范圍材料電導(dǎo)率/Ω-1·cm-1典型代表絕緣體＜10-10石英、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯半導(dǎo)體10-10～102硅、鍺、聚乙炔導(dǎo)體102～108汞、銀、銅、石墨超導(dǎo)體＞108鈮(9.2K)、鈮鋁鍺合金(23.3K)、聚氮硫(0.2

2、6K)導(dǎo)電的基本概念載流子材料在電場(chǎng)作用下能產(chǎn)生電流是由于介質(zhì)中存在能自由遷移的帶電質(zhì)點(diǎn)，這種帶電質(zhì)點(diǎn)被稱為載流子。常見的載流子包括：自由電子、空穴、正負(fù)離子，以及其它類型的荷電微粒。載流子的密度是衡量材料導(dǎo)電能力的重要參數(shù)之一。材料的導(dǎo)電類型通常根據(jù)載流子的不同進(jìn)行劃分：電子導(dǎo)電（載流子是自由電子或空穴），如：金屬材料，（高分子材料）離子導(dǎo)電（載流子是正離子或負(fù)離子），如：電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的基本概念導(dǎo)電高分子聚合物是分子型材料，原子與原子間通過共享價(jià)電子形成共價(jià)鍵而構(gòu)成分子，共價(jià)鍵屬于定域鍵，價(jià)電子只能在分子內(nèi)的一定范圍內(nèi)自由遷移，缺少

3、可以長距離遷移的自由電子，因此，高分子材料屬于絕緣材料的范疇。世界上第一種導(dǎo)電聚合物：摻雜聚乙炔1977年，美國化學(xué)家MacDiarmid，物理學(xué)家Heeger和日本化學(xué)家Shirakawa首次發(fā)現(xiàn)摻雜碘的聚乙炔具有金屬的特性。并因此獲得2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)使用Ziggler-Natta催化劑AlEt3/Ti(OBu)4,Ti的濃度為3mmol/L，Al/Ti約為3-4。催化劑溶于甲苯中，冷卻到-78度,通入乙炔，可在溶液表面生成順式的聚乙炔薄膜。摻雜后電導(dǎo)率達(dá)到105S/cm量級(jí)研究成果于1977年發(fā)表在Chem.Comm.雜志上，

4、題目是：有機(jī)導(dǎo)電高分子的合成，聚乙炔(CH)n的鹵化衍生物，聚乙炔薄膜用碘蒸汽氧化后，導(dǎo)電性增加了千萬倍摻雜導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理碘分子從聚乙炔抽取一個(gè)電子形成I3－，聚乙炔分子形成帶正電荷的自由基陽離子，在外加電場(chǎng)作用下雙鍵上的電子可以非常容易地移動(dòng)，結(jié)果使雙鍵可以成功地延著分子移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電能力。導(dǎo)電高分子的應(yīng)用1990年R.H.Friend首次報(bào)道。高分子發(fā)光二極管具有顏色可調(diào)、可彎曲、大面積和低成本等優(yōu)點(diǎn)?！獙?shí)用化的突破口1.發(fā)光二極管導(dǎo)電高分子的應(yīng)用一個(gè)分子類似于一根導(dǎo)線。可用于高靈敏度檢測(cè)、超大規(guī)模集成技術(shù)等?！澳０寰?/p>

5、合、分子束沉積等方法制備“分子導(dǎo)線”或?qū)щ姼叻肿游⒐?或納米管)2.分子導(dǎo)線導(dǎo)電高分子的應(yīng)用3.二次電池高分子摻雜態(tài)儲(chǔ)存電能、脫摻雜過程中釋放電能——全塑電池輸出電壓3V、電池容量3mA.h，復(fù)充放電上千次。導(dǎo)電高分子的應(yīng)用4.生物傳感器葡萄糖傳感器、尿素傳感器、乳酸傳感器、膽固醇傳感器導(dǎo)電高分子的應(yīng)用5.氣體傳感器導(dǎo)電高分子與大氣某些介質(zhì)作用----電導(dǎo)率改變,除去介質(zhì)----恢復(fù)。（摻雜/或脫摻雜過程）?？捎米鬟x擇性高、靈敏度高和重復(fù)性好的氣體傳感器。導(dǎo)電高分子的應(yīng)用導(dǎo)電性可以在絕緣體、半導(dǎo)體、金屬導(dǎo)體之間變化,——不同的吸波性能密

6、度小——輕加工性能——薄穩(wěn)定性較好——高溫使用6.雷達(dá)隱身材料導(dǎo)電高分子的應(yīng)用摻雜/脫摻雜實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體-絕緣體之間的轉(zhuǎn)變，且電位、PH、摻雜量等變化伴隨顏色變化，——可用于電顯示7.電顯示材料二、導(dǎo)電高分子分類狹義的定義：由碳、氫和氮、硫、氧等雜原子組成的具有本征導(dǎo)電性能的有機(jī)高分子材料。Conductingpolymers(CPs)ConductivepolymersConjugatedConductivePolymersOrganicPolymericConductors■導(dǎo)電聚合物亦被稱為：金屬化聚合物MetallicPolymer合

7、成金屬SyntheticMetal2、導(dǎo)電高分子的發(fā)現(xiàn)1970’sPoly(p-phenylenesulfide),PPS聚苯硫醚thermoplasticsPoly(acetylene)well-definedsynthesisOxidationpolymerizationofanilineSpontaneouspolymerization→pyrroleblackElectrochemicaloxidationofaromaticmonomersP(Py),Poly(thiophene),Poly(furan)1968Electro

8、polymerizatonofpoly(pyrrole)1978日本筑波大學(xué)H.Shirakawa（白川英樹）賓夕法尼亞大學(xué)A.G.MacdiarmidA.H.Heeger發(fā)現(xiàn)：聚乙炔薄膜經(jīng)AsF5或I2摻