導(dǎo)電高分子材料PPT演示課件.ppt

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1、ConductivePolymer導(dǎo)電高分子材料1導(dǎo)電高分子01ConductivePolymerorConductingPolymerorElectroactivePolymerorSyntheticPolymer按材料的導(dǎo)電性分：絕緣體（insulator）半導(dǎo)體（semiconductor）導(dǎo)體（conductor）超導(dǎo)體（superconductor）電導(dǎo)率σ=1/ρ=1/(Ω*m)=S/mρ—電阻率，ρ=RS/L單位：mS/m,S/cm,μS/cm…2導(dǎo)電高分子01Conductivity10-1610-1210-810-4100104

2、108S/cm10-1410-1010-610-2102106insulatorsemi-conductormetalConjugatedpolymercopperironsilvergermaniumsiliconglassdiamondquartz絕緣體σ<10-10半導(dǎo)體10-10<σ<102導(dǎo)體σ>102超導(dǎo)體σ>10203發(fā)展歷程011862年：英國倫敦醫(yī)學(xué)?？茖W(xué)校H.Letheby在硫酸中電解苯胺而得到少量導(dǎo)電性物質(zhì)（可能是聚苯胺）。1954年：米蘭工學(xué)院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4為催化劑制得聚乙炔,雖然有非常好的結(jié)

3、晶體和規(guī)則的共軛結(jié)構(gòu)，然而難溶解、難熔化、不易加工和實(shí)驗(yàn)測定，這種材料未得到廣泛利用。1970年：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)類金屬的無機(jī)聚合物聚硫氮(SN)x具有超導(dǎo)性。4發(fā)展歷程011975年：A.G.MacDiarmid、A.J.Heeger與H.Shirakawa合作研究，將無機(jī)導(dǎo)電聚合物研制與有機(jī)導(dǎo)電聚合物研制相結(jié)合。發(fā)現(xiàn)未摻鹵素的順式聚乙炔的導(dǎo)電率為10-8～10-7S/m；未摻鹵素的反式聚乙炔為10-3～10-2S/m，而當(dāng)聚乙炔曝露于碘蒸氣中進(jìn)行摻雜氧化反應(yīng)后，其電導(dǎo)率可達(dá)3000S/m。G.MacDiarmidH.ShirakawaJ.Heege

4、r艾倫·馬克迪爾米德白川英樹艾倫·黑格2000年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)5發(fā)展歷程011980年：英國Durham大學(xué)的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。1983年：加州理工學(xué)院的RobertH.Grubbs以烷基鈦配合物為催化劑將環(huán)辛四烯轉(zhuǎn)換成了聚乙炔，導(dǎo)電率35000S/m，但難以加工且不穩(wěn)定。1987年：德國BASF科學(xué)家HerbertNaarman和NicholasTheophiou在H.Shirakawa方法基礎(chǔ)上150℃改良了合成方法，得到的聚乙炔電導(dǎo)率與銅在同一數(shù)量級(jí)，達(dá)107S/m。602導(dǎo)電高分子分類主鏈結(jié)構(gòu)具有導(dǎo)電功能的高分子，一般

5、以電子高度離域的共軛聚合物經(jīng)過適當(dāng)電子受體或供體的摻雜后得到。(廣義)導(dǎo)電高分子材料結(jié)構(gòu)型(本征型)(狹義導(dǎo)電高分子)復(fù)合型將碳素、金屬、金屬氧化物等導(dǎo)電粒子引入到絕緣高分子材料基材中，得到具有導(dǎo)電性能的多相復(fù)合體系。在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電學(xué)和力學(xué)性能，成本較低，易于成型和大規(guī)模生產(chǎn)。不僅具有由于摻雜而帶來的金屬特性（高電導(dǎo)率）和半導(dǎo)體（p和n型）特性之外，還具有分子可設(shè)計(jì)性，可加工性和密度小等特點(diǎn)。702導(dǎo)電高分子分類(聚苯亞乙烯)（PAn)802導(dǎo)電高分子具有π-共軛體系，經(jīng)過“摻雜”后具有導(dǎo)電性的一類高分子材料的統(tǒng)稱。結(jié)構(gòu)通式：[P+x·xA-

6、]n（p—型摻雜）[P-x·xA+]n（n—型摻雜）式中：P+、P-——帶正電和帶負(fù)電的π-共軛體系高分子鏈；A-、A+——一價(jià)對(duì)陰離子和一價(jià)對(duì)陽離子；x——摻雜度。對(duì)陰離子和對(duì)陽離子與高分子鏈之間沒有化學(xué)鍵合，僅起到正負(fù)電荷平衡的作用902導(dǎo)電高分子純凈無缺陷的理想π共軛結(jié)構(gòu)高分子：絕緣體，不導(dǎo)電。導(dǎo)電行為的產(chǎn)生：激發(fā)使π共軛結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷，最常用的方法是摻雜(doping)，其他有光激發(fā)等物理方法。導(dǎo)電高分子的摻雜：在π共軛結(jié)構(gòu)高分子鏈上發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移或氧化還原反應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)由絕緣體向半導(dǎo)體、導(dǎo)體轉(zhuǎn)變的必要途徑。(CH)n+nxA→[(CH)+x·

7、xA-1]n氧化摻雜（I2、ASF5）(CH)n+nxA→[(CH)-x·xA+1]n還原摻雜（Na、K）x——摻雜度，即高分子被氧化還原的程度；聚乙炔：x=0~0.1摻雜目的：降低能帶隙1002導(dǎo)電高分子導(dǎo)電高分子的摻雜VS無機(jī)半導(dǎo)體的摻雜名稱無機(jī)半導(dǎo)體中的摻雜導(dǎo)電高分子中的摻雜摻雜本質(zhì)本質(zhì)是原子的替代是一種氧化還原過程，通過電荷的轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)摻雜量極低：萬分之幾高：一般在百分之幾到百分之幾十之間可逆性沒有脫摻雜過程存在脫摻雜，摻雜過程是完全可逆的摻雜的結(jié)果：在聚合物的空軌道中加入電子或從占有軌道中拉走電子，從而改變?cè)笑须娮幽軒У哪芗?jí)，產(chǎn)生能量居

8、中的半充滿能帶，減小能帶間的能級(jí)差，使自由電子遷移阻力降低。電子遷移阻力降低了，就更容易導(dǎo)電了。1102導(dǎo)電高分子特性1.導(dǎo)電率變化范圍