導電高分子材料 課件.ppt

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1、導電高分子材料目錄導電高分子簡介聚吡咯（PPy）PPy的合成方法PPy的聚合機理導電高分子基納米復合材料導電高分子基納米復合材料的應用導電高分子簡介導電高分子也叫“本征型導電高分子”、“電活性高分子”、“共軛高分子”或“合成金屬”，是指聚合物主鏈上含有大的共軛π鍵的高分子。在導電高分子中，每個C原子上有一個未成對電子，即π電子。而且在π-π鍵中，C原子的軌道是sp2pz，相鄰的C原子軌道在主鏈方向有重疊，導致電子可以在聚合物主鏈方向上發(fā)生離域。這種電子離域效應為電荷在聚合物主鏈上的移動提供了“高速公路”。BengtRanby教授指定導電高分子為“第四代聚合物材料”。導電聚合物

2、有很多優(yōu)異的性質，如其電導率的可調節(jié)范圍寬，幾乎可以跨越絕緣體到半導體甚至導體的范圍，分子的摻雜和脫摻雜是一個可逆的過程，帶隙可以通過分子水平的設計來控制，而且由于導電高分子本身屬于聚合物，所以也具有較好的加工性能。因此，自從20世紀70年代中期被發(fā)現(xiàn)以來，受到了廣泛的關注，迅速發(fā)展。導電高分子的發(fā)現(xiàn)者AlanMacDiarmid，AlanHeeger，和HidekiShirakawa也在2000年的時候被授予了諾貝爾化學獎。導電高分子可以通過電摻雜、化學摻雜和光摻雜等多種方式實現(xiàn)摻雜。導電高分子的應用領域非常的廣，包括電子學、光學、儲能材料、傳感器、生物診斷和治療、生物成像

3、等眾多領域，是一種新興的智能材料，正在被人們廣泛的研究。其中聚吡咯是研究的最多的導電高分子之一。2000年諾貝爾化學獎幾種典型的導電高分子的結構（中性態(tài)）聚吡咯polypyrrole（PPy）PPy與其它常見的導電高分子相比，電導率較高，可調節(jié)范圍寬，氧化態(tài)的聚吡咯在空氣中的穩(wěn)定性相對較好，而且PPy的制備方法簡單，在溫和的反應條件下也能夠制備聚吡咯，因此具有廣闊的應用前景，受到了學者們的廣泛關注。目前已經在傳感器、超級電容器、微驅動器、金屬防腐涂層、抗靜電涂層和可充放電電池方面有了初步的應用。如圖1-1所示為吡咯單體的結構示意圖，吡咯單體是含有N的五元雜環(huán)分子，由于分子中的

4、仲胺基的作用，吡咯單體具有弱堿性。PPy的合成方法在制備PPy的過程中，目前比較常用的方法是電化學法和化學法，光化學法和酶催化聚合也開始有報道。不同的聚合方法得到的PPy的狀態(tài)不一樣，化學法得到的PPy通常為粉末狀的產品，電化學法得到的則為膜狀的產品，酶催化法得到的是水分散液。因此，得到的PPy的化學性質和電化學性質也不同。1電化學法目前比較常用的三電極恒電勢電化學聚合裝置，這種體系能夠有效的控制電勢，最大程度的保障聚合過程的可重復性。輔助電極的位置很重要，它決定了生成的電場強度，能夠直接影響沉積的聚合物的性質和均勻性。在兩電極恒電流電化學法聚合中容易發(fā)生導電高分子的過氧化反

5、應，主要是由于電勢不能很好的控制。在三電極電池中添加了參比電極，能更好的控制電勢。2化學法聚合化學法制備的導電高分子可以為粉末狀或膠體分散液，由于比較靈活，容易擴大化生產，而且最近幾年來由于導電高分子基納米復合材料的發(fā)展，也受到了越來越多的關注?；瘜W法是制備導電高分子基納米復合材料的重要方法。而且吡咯的化學法聚合甚至可以在中性的水溶液中很方便的進行，反應條件溫和簡單，更是受到了不少的青睞?；瘜W法中盡管H2O2和很多過度金屬鹽，包括Ce4+、Cu2+、Cr6+、Mn2+等都被用于氧化吡咯，但是最常用的氧化劑主要是過硫酸銨（APS）和FeCl3。在水中或醇類溶劑（從甲醇到辛醇）中

6、得到的PPy的電導率比在乙腈、四氫呋喃、氯仿、或苯中得到的PPy的電導率高。化學聚合的溫度通常都在0℃到室溫之間。3酶催化聚合目前關于酶催化聚合的報道仍比較少。Samuelson研究組報道了環(huán)境友好的酶催化法，在水溶液中通過大豆過氧化物酶的催化，合成了聚吡咯衍生物聚(3-甲基吡咯)和吡咯與二氧乙烯基噻吩（EDOT）的共聚物。PPy的聚合機理早期學者們都是通過電化學的方法制備PPy，關于吡咯氧化聚合的機理也都是在電化學體系，即電極的表面進行的。自從1979年，Diaz等用電化學的方法制備出了電導率高、空氣穩(wěn)定性好的PPy自支撐膜后，吡咯電化學氧化聚合的機理就受到了廣泛的研究。學

7、者們通過使用循環(huán)伏安法（cyclicvoltammetry），計時庫侖分析法（chronocoulometry），計時電流分析法（chronoamperomery），計時光譜分析法（chronoabsorptometric），微電極（microelectrode），電化學石英晶體微天平（electrochemicalquartzcrystalmicrobalance），快速電勢階躍技術（fastpotentialsteptechnique）等方法對吡咯及吡咯衍生物的聚合及聚合物在電極表面的沉積機理進行了