第一章导电聚合物
导电聚合物的制备及其电化学行为的研究
导电聚合物的制备及其电化学行为的研究
1导电聚合物的定义
导电聚合物（Conducting Polymer）是一类可电导的高分子材料，它是由双电子态不饱和高分子，如聚芳烃和聚酯等，通过大量化学反应而制备出来的。
它以具有分子尺度的半导体行为，显示出极具魅力的物理和化学性质的新材料。
2导电聚合物的制备方法
导电聚合物的制备主要采用两种方式：采用萃取和涂层的方法来进行制备，或者直接将高分子或金属盐溶剂溶液在膜中分布。
采用萃取制备导电聚合物：这是一种比较简单的方法，其基本原理是将含有高分子溶液和金属盐溶剂混合，再将混合物慢慢开发到矿物油中，并经过蒸发、沉淀、干燥、消解等，最终得到导电聚合物物质，为电化学行为的研究做好准备。
采用涂层的方法制备导电聚合物：这种方法包括有水溶液法法、溶剂沉积法、高温热辊法等，它们的共同特点是将原料溶液均匀的涂在表面，通过乾燥、卷曲等工序来得到导电聚合物物质。
3导电聚合物的电化学行为研究
导电聚合物的电化学行为主要取决于其结构、尺度和环境，使用电化学技术来研究，可以发现出更多关于导电聚合物的魅力性质以及电化学反应。
电化学技术主要由能力测定、阴阳极反应、表界面位潜电位扫描、电子荧光光谱（EELS）和电子显微镜（SEM）等技术构成，这些技术的运用，有助于研究导电聚合物的化学特性，探究其在电化学上的应用和机理。
4结论
导电聚合物可以通过不同的方式制备，制备出来的导电聚合物可以表现出极具魅力的物理和化学性质，可以应用于研究器件、电子学、能源学等领域，同时可以采用电化学技术来研究高分子的电化学行为，挖掘出导电聚合物的更多的魅力与机理。
导电聚合物的合成及应用
导电聚合物的合成及应用随着科技的不断发展，导电聚合物作为一种新型材料，被广泛应用在各种领域。
导电聚合物具有低成本、易加工、可调性强、柔性好等特点，因此备受关注。
一、导电聚合物的基本概念导电聚合物是一种具有导电性能的高分子材料，通过聚合物分子内部共轭体系的构建，使得它们具有较好的电子传输性质。
导电聚合物可分类为三类：聚噻吩系列、聚苯和聚吡咯系列。
其中聚噻吩系列导电聚合物具有电子亲和性强、电化学稳定性好、可溶于多种溶剂等优点，因此被广泛应用。
二、导电聚合物的合成方法导电聚合物的合成方法主要分为两类：化学合成和物理合成。
1. 化学合成化学合成是指通过有机合成方法合成导电聚合物。
目前较为常用的有两种，一种是电聚合法，另一种则是化学氧化聚合法。
电聚合法是利用电化学反应原理，将单体溶液在电极上施加电场，使单体离子发生电子转移，形成共轭体系聚合物。
这种方法具有操作简单、反应快速等优点。
化学氧化聚合法是在单体中加入化学氧化剂，通过氧化反应进行聚合。
这种方法具有化学反应速度快、产物质量好等优点。
2. 物理合成物理合成是指在导电聚合物体系中添加导电填充剂，如碳黑、金属纳米粒子等，使其具有导电性。
这种合成方法操作简便，可以用于大规模制备。
三、导电聚合物的应用导电聚合物具有众多的应用，以下列举几个例子：1. 电子器件导电聚合物具有导电性能，可以用于制作电子器件。
例如，OLED显示屏、柔性可穿戴设备等都广泛应用了导电聚合物。
2. 锂电池导电聚合物在锂电池领域得到广泛应用。
其中最具代表性的是聚噻吩系列的导电聚合物，可以用于制作锂电池正极材料。
3. 活性废水的处理导电聚合物可以通过电解反应对活性废水进行处理，其处理效率较高。
4. 传感器导电聚合物的导电性能可以用于制作电化学传感器、气敏传感器等。
总之，导电聚合物具有广泛的应用前景，其合成方法也在不断完善，未来有望得到更广泛的应用。
高分子材料——导电聚合物简介
高分子材料——导电聚合物简介摘要：导电混合物的性能、应用以及面临的挑战。
共轭导电聚合物和芳香族金属导电聚合物的简介关键词：高分子材料导电聚合物共轭导电聚合物芳香族金属导电聚合物1 导电聚合物1.1前言导电高分子又称导电聚合物(conducting polymer)，是指通过掺杂等手段，使其电导率在半导体和导体范围内的聚合物。
这类聚合物通常指本征导电聚合物(intrinsic condcuting polymer)，在它们的主链上含有交替的单键和双键，从而形成了大的共轭π体系，π电子的流动产生了导电的可能性。
导电聚合物导电需要两个条件。
第一个条件是它必须具有共轭的π电子体系，第二个条件是它必须经过化学或电化学掺杂,即通过氧化还原过程使聚合物链得或失电子。
自由电子是金属的载流子,而电子或空穴是半导体的载流子。
导电高聚物的载流子是什么呢？黑格等首先提出孤子(soliton)模型，来解释聚乙炔的电导及其他物理性质。
但聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺等具有导电性质的聚合物有非简并基态，不能形成孤子，只能形成极化子(polaron)和双极化子 (bipolaron)。
尽管孤子、极化子和双极化子来自不同的简并态,但它们的物理本质都是能隙间的定域态,因此可以认为它们是导电聚合物的载流子。
导电聚合物材料可以分为共轭型和复合型两大类。
共轭型导电聚合物是指聚合物本身具有导电性或经掺杂处理后才具有导电功能的聚合物材料。
复合型导电聚合物,即导电聚合物复合材料,是指以通用聚合物为基体,通过加入各种导电性物质,采用物理化学方法复合后而得到的既具有一定导电功能又具有良好力学性能的多相复合材料，其导电作用主要通过其中的导电材料完成。
而共轭导电聚合物是依靠分子本身产生的导电载流子导电。
本文主要涉及共轭导电聚合物和芳香族金属导电聚合物。
1.2 导电聚合物的应用导电聚合物得研究始于30多年前。
2000年诺贝尔化学奖颁给了导电聚合物的三位发明者：美国物理学家黑格(A.J.Heeger)、美国化学家麦克迪尔米德(A.G.MacDiarmid)和日本化学家白川英树(H.Shirakawa)。
导电聚合物 电阻材料
2.2 电阻材料
典型电阻材料的性能特点
Cu-Ni系合金
Cu-Ni系合金的电阻温度曲线的直线性关系比锰铜更好，可以在较宽的温 度范围内使用，其最高使用温度可达400摄氏度，且耐蚀性和耐热性均高于锰 铜。其成为为Cu60%，Ni40%。
2.2 电阻材料
典型电阻材料的性能特点
Cu-Mn系合金
Cu-Mn系合金具有较小的电阻温度系数，主要用作精密电阻元件。其中锰 铜是最广ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的使用的一种典型电阻合金，其标准成分为： Cu86% 、 Mn12% 和 Ni12%。
Ni-Cr系合金
Ni-Cr系电阻合金是在Ni-Cr电热合金的基础开发的一种高电阻、具有更宽 的使用温度、电阻温度系数更小、耐热性良好、耐腐蚀性更强和加工性更好的 电阻材料。但焊接较为不易。其成分为Cr20%，Al3%，Mn1%，Fe2.5%，其余 为Ni。
2.2 电阻材料
电阻材料的基本性质
纯金属电阻温度系数 纯金属的电阻是自由电子与晶格的振动相互碰撞引起散射而产生的，其电
阻率可以用下式表示：
M
m 2m = nq 2 nq 2
2
其中，m为电子质量，n为电子浓度，τ为电子的平均自由时间，λ为电子 的平均自由程，ν为电子的平均运动速度。当温度增加时，电子平均运动 速度ν增加，单位时间碰撞次数增多，电子平均自由时间τ减少，电子的平 均自由程λ缩短，因而电阻率ρ增加。可用下式表示金属电阻率与温度的 关系：
二甲苯，则电导率的降低可大大减小。
难加工 ：聚乙炔是高度共轭的刚性聚合物，加工十分困难，是限制其应用
的—个因素。
2.1 导电材料—导电聚合物
电子导电型聚合物
聚噻吩
分子式：(C4H2S)n
导电聚合物的电化学性质和应用
导电聚合物的电化学性质和应用导电聚合物是一类特殊的聚合物，具有优秀的导电性能和电化学性质，因此在电子、化学和材料科学领域得到了广泛的研究和应用。
本文将从导电聚合物的基本概念、电化学性质以及应用方面进行介绍。
一、导电聚合物的基本概念导电聚合物是一种具有导电性质的高分子化合物，即通过化学结构的改变，使得聚合物分子内存在导电的π键结构。
导电聚合物可以分为有机导电聚合物和无机导电聚合物两类。
其中，有机导电聚合物多为碳材料，如聚苯胺、聚噻吩等，而无机导电聚合物则为金属氧化物、导电聚合物复合材料等。
导电聚合物具有一系列优良的性质。
首先，它们具有良好的导电性能。
通过控制聚合物的结构和组成，可以调节导电性能。
其次，导电聚合物具有良好的物理、化学和生物相容性。
这为导电聚合物在生物医学等领域的应用提供了广阔的空间。
此外，导电聚合物还具有热稳定性、化学稳定性和机械强度等优良性质。
二、导电聚合物的电化学性质导电聚合物的电化学性质主要包括电化学储能、电化学传感和电催化等方面。
1. 电化学储能导电聚合物作为一种新型的储能材料，可以被广泛应用于超级电容器、电化学电池等领域。
导电聚合物电容器具有高的功率密度、长的寿命、低的内阻和高的电化学稳定性等优点。
2. 电化学传感导电聚合物可以通过改变其导电性能，在电化学传感领域中起到重要作用。
导电聚合物传感器主要用于检测生命体征、环境污染物、药物残留等方面。
它们具有快速、灵敏、可再现和高选择性等特点。
3. 电催化导电聚合物具有良好的电催化性质，被广泛应用于电解水制氢等方面。
导电聚合物在电解水过程中可以作为高效催化剂，实现催化反应的高效率和稳定输出氢气的能力。
由此，导电聚合物对于清洁能源的发展具有重要的意义。
三、导电聚合物的应用导电聚合物在多个领域中都有广泛的应用。
下面介绍部分应用场景：1. 传感器导电聚合物传感器具有快速、灵敏、可再现和高选择性等特点。
它们可以被用于检测生命体征、环境污染物、药物残留等方面。
导电聚合物的结构式
导电聚合物的结构式一、导电聚合物的定义导电聚合物是一类具有导电性能的高分子材料，能够在一定的条件下传导电荷和电流。
这类材料通常具有共轭π电子体系，使得电子可以在聚合物链上自由移动，从而具有导电性。
导电聚合物在电子器件、传感器、电池、电容器等领域具有广泛的应用前景。
二、导电聚合物的结构特点导电聚合物的结构特点主要包括共轭π电子体系、高分子链的规整性和结晶度、掺杂效应等。
1.共轭π电子体系：导电聚合物通常具有共轭的π电子体系，这是实现电子自由移动的关键因素。
在共轭体系中，π电子可以在聚合物链上自由移动，从而形成电流和电压。
常见的共轭π电子体系包括苯环、萘环、蒽环等。
2.高分子链的规整性和结晶度：导电聚合物的分子链通常具有一定的规整性和结晶度，这有助于提高聚合物的导电性能。
规整性和结晶度可以影响聚合物链上π电子的流动性和相互作用，从而提高聚合物的导电性。
3.掺杂效应：掺杂是提高导电聚合物导电性能的一种有效方法。
通过向聚合物中添加少量其他物质，可以改变聚合物的能级结构，从而改变其导电性能。
掺杂剂可以是电子受体、电子给体或中性物质，其作用是调控聚合物链上的电荷分布和迁移率。
三、导电聚合物的种类根据结构和制备方法的不同，导电聚合物可以分为多种类型，以下列举几种常见的导电聚合物。
1.聚乙炔（PA）：聚乙炔是最早发现的导电聚合物之一，也是研究最广泛的导电聚合物之一。
它是一种线性共轭聚合物，具有优异的电导率和热稳定性。
通过化学掺杂，聚乙炔的电导率可以从绝缘体转变为导体。
2.聚苯胺（PANI）：聚苯胺是一种广泛研究的导电聚合物，具有优异的化学稳定性和环境稳定性。
它可以通过氧化还原反应实现掺杂和脱掺杂，从而调控其导电性能。
聚苯胺在传感器、电池、超级电容器等领域有广泛应用。
3.聚吡咯（PPY）：聚吡咯是一种具有高导电性能的线性共轭聚合物，广泛用于传感器、电池、电子器件等领域。
它可以通过电化学合成法制备，具有较高的电导率和良好的热稳定性。
导电聚合物
和 型 掺杂 聚 乙 炔 可 用作 能再 充 电
。
n
材料
。
均 匀 掺杂 聚 合 物 的 加 工 性能 和 较高 的
。
电池 的 电极
由 于 聚合 物 电 池 的 重 量 比 铅
。
-
导 电 性对 这种 应 用 特 别 有利
最近 报道 的 聚
。
酸 电 池轻
,
有 利 于 电动 汽 车 的 实用 化
苯胺 的 高微 波 损失 特 性有希望 获得应 用
3
特 性 比 现用 材 料 差
的改 进
,
,
但 随 着合成 和 掺 杂技 术 由
,
电池 的 电容 量 为 现 有 相 同 型 式 的 能 再充 电的
无 疑 会 显 著 改 善 聚 合 物 的特 性
。
理 电池 的 3 倍 倍
,
,
一 电压 为 镍 福 电 池 的 2 ~ 一
一
。
于 导 电聚 合物 特 殊 的光 学 性 能 用 于 下 一 代 光 计 算机
无 毒并 能 传 送 适 当
,
的 电池 能输 出 3 V 电压
。
,
并能
电 荷 的 聚 毗 咯特 别 适 合这种 用 途
这时 可用
另外
,
象硬 纸 板 一 样 弯 曲
一
联 合信 号 公 司 也 在 研究
,
抑 制血液 凝块 的 肝 素 作 掺 杂剂 构成 内 部 药物 释 放系 统
时能 释 放 出 药 物
。
多
,
其 中掺 杂 百 分 数 是 最 主 要 的 因 素
。
物 电池 已 投 入 市 场 他材 料 的 聚 合 物
第一章导电聚合物
第一章导电聚合物
13
在红外激光隐身技术中的应用
➢用于热隐身的材料应具备以下基本特征: 具有符合要求的热红外发射率或较强的控
温能力; 具有合理的表面结构; 具有较低的 太阳能吸收率; 能与其它频段的隐身要求兼 容。
第一章导电聚合物
11
在雷达隐身技术中的应用
➢ 导电高分子材料作为吸收剂被应用。导电聚合物 主要有聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺 等, 这 些导电聚合物的纳米微粉具有良好的吸 波效果, 与纳米金属吸收剂复合后吸波效果更佳。
在美国用聚苯胺制成的导电高分子屏蔽材料的屏蔽效 果已达到40 dB。以上。我国华因科技有限公司研制的 屏蔽系列涂料, 在80 微米 时, 屏蔽效能达到了40 dB～ 60dB 。
杂质浓度
0.4、0.2、1.12 0.98
室温导电率（欧 姆厘米）-1
1.2×103、 5×102 80 10-2
10-5
10-4
AsF5
2.9×10-4
第一章导电聚合物
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CH C H = C H 0 .9 4 B r0 .0 6
CH=CH N=N
I2 I2 AsF5 AsF5 AsF5 AsF5 ClO4 BF4
100 7×10-11 9×10-5 4.5×10-1
S
第一章导电聚合物
20
C 6H 5
I2
S
C6H5 C6H5
I2
S
I2
1.0
N
CH3
Fe
I2
AsF5
1.0
S
AsF5+AsF3
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第一章导电聚合物
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N CH3
N
N CH3
S
S CH3
BF4
BF4
BF4
I2 ClO4 BF4
I2 SO3
I2
0.25 0.25 0.25 0.7
0.9
1.5×102
4
2×10-3
10-2~5 8×10-1
100 7×10-11 9×10-5 4.5×10-1
可逆掺杂 聚合物电池、电 致变色显示器、 传感器、人工肌 肉等。
聚合物发光电池
第一章导电聚合物
10
导电高分子材料在隐
身技术中的应用
➢ 隐身技术是指在一定的范围内降低需隐身目标的信号反射 特征或者减少自身特征信号的泄漏,使其难以被信号探测 器发现的技术, 包括雷达波隐身、红外隐身及其它隐身技 术。
➢ 包括外形隐身设计、电子对抗隐身技术和隐身材料三个重 要方面。 只有将上述三个方面有机地结合起来, 才能获得 更好的隐身效果。
➢导电高分子在红外隐身技术中得到广泛应 用。 导电高分子材料在智能隐身材料中的应 用。智能隐身材料的应用降低了电子系统 本身的质量和成本, 用智能纤维增强的聚合 物做隐身的结构材料, 不仅降低了雷达散射 的截面, 同时把飞机的质量减轻了50% , 并 对声波也具有良好的隐身效果。
第一章导电聚合物
15
F117隐形战斗机 B-2幽灵隐身战略轰炸机
F-22”猛第一禽章导”电战聚合斗物 机
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Байду номын сангаас 四代机
第一章导电聚合物
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各种导电聚合物的室温导电性
分子式
CH=CH
CH3 CH=C
CF3 CH=C
C6H5 CH=C
H5C6 C6H5 C=C
杂质
AsF5、I2、Na AsF5 I2 I2
杂质浓度
0.4、0.2、1.12
➢ 隐身材料是隐身技术的关键。新型隐身材料有: 手性材料、 纳米隐身材料、导电高分子材料、陶瓷类吸收剂、盐类吸 收剂、多晶铁纤维吸收剂、等离子体吸收剂等, 由于导电 高分子材料的结构多样化、密度小和独特物理化学性质, 引起科学界的广泛重视。
第一章导电聚合物
11
在雷达隐身技术中的应用
➢ 导电高分子材料作为吸收剂被应用。导电聚合物 主要有聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺 等, 这 些导电聚合物的纳米微粉具有良好的吸 波效果, 与纳米金属吸收剂复合后吸波效果更佳。
在美国用聚苯胺制成的导电高分子屏蔽材料的屏蔽效 果已达到40 dB。以上。我国华因科技有限公司研制的 屏蔽系列涂料, 在80 微米 时, 屏蔽效能达到了40 dB～ 60dB 。
利用掺杂态导电高分子的导电性和半导体性, 反射或吸 收电磁波, 已经用导电聚吡咯纤维编制成迷彩盖布, 可 以干扰敌方的电子侦察。
第一章导电聚合物
8
导电高分子的定义
导电率为σ= 10-12~106 S.cm-1 ，其本征态可能不导电，或 者是半导体，但掺杂后成为 半导体或导体。
第一章导电聚合物
9
导电高分子的应用
半导体 半导体器件：场 效应晶体管、(发 光)光电二极管、 太阳能电池等.
导体 电极、电磁 波屏蔽、抗 静电材料等。
室温导电率（欧 姆厘米）-1
1.2×103、5×102 80
10-2
0.98
10-5
10-4
AsF5
2.9×10-4
第一章导电聚合物
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CH C H = C H 0 .9 4 B r0 .0 6
CH=CH N=N
I2 I2 AsF5 AsF5 AsF5 AsF5 ClO4 BF4
0.5 0.16 0.4 1.0 0.75
S
第一章导电聚合物
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C 6H 5
I2
S
C6H5 C6H5
I2
S
I2
1.0
N
CH3
Fe
I2
AsF5
1.0
S
AsF5+AsF3
AsF5
S
1.7×10-5
2×10-6 1
1.3×10-4 1
200 2.7×10-2
第一章导电聚合物
➢以前的看法：绝对是绝缘体－塑料、橡胶 与纤维
➢现在的认识：高分子材料也具有导电性 （本征），而且对国民经济和人民生活有 着重要的贡献。
第一章导电聚合物
7
新的学科——导电高分子诞生
七十年代末发现了导电聚合物
➢纯净的聚乙炔----绝缘体 ➢首次通过掺杂使聚乙炔的电导率提高
12个数量级－－103(•cm) -1 1977 ----------------新的交叉科学的诞生 2000年诺贝尔奖（H.Shirakawa, MacDiarmid, Heeger）
4
材料的导电率
超导体
YBa2Cu3O7(125K)
(BEDT-TTF)2Cu(SCN)2 1024 (10.4K)C60K(38K)
金属 半导体 绝缘体
金，银，铜 (SN)x石墨
锗
硅 AgBr 水
掺
106
杂
掺聚
杂 对 掺掺
103
聚苯 乙撑
杂杂 聚聚
炔 乙 吡噻
100
烯 咯吩
10-3 10-6 10-9 10-12 10-15
第一章、导电高分子概述
第一章导电聚合物
1
主要内容
➢导电高分子概述及其应用 ➢导电高分子的分类 ➢复合导电高分子 ➢分子轨道理论
第一章导电聚合物
2
一、导电高分子概述及其应用
第一章导电聚合物
3
➢光电磁功能高分子是当今国际上最热门的 研究课题
➢是最新兴的高科技领域 ➢尤其是导电高分子领域
第一章导电聚合物
第一章导电聚合物
12
在雷达隐身技术中的应用
➢在电子仪器的壳体内部或孔壁涂上导电高 分子涂层, 可将其导电能力提高到10-1 S /cm 以上, 以实现仪器壳体内外的电磁屏蔽 作用。
➢利用导电高分子在掺杂前后导电能力的巨 大变化, 实现防护层从反射电磁波到透过电 磁波的切换, 实现智能隐身的功能。
第一章导电聚合物
13
在红外激光隐身技术中的应用
➢用于热隐身的材料应具备以下基本特征: 具有符合要求的热红外发射率或较强的控
温能力; 具有合理的表面结构; 具有较低的 太阳能吸收率; 能与其它频段的隐身要求兼 容。
国外研究得较多的是涂料型红外隐身材 料, 其次是薄膜材料。
第一章导电聚合物
14
在红外激光隐身技术中的应用
反式聚乙炔
聚噻吩 顺式聚乙炔 聚吡咯 聚对苯撑乙烯 聚对苯 尼龙 聚乙烯 聚苯乙烯
10-18
第一章导电聚合物
5
分类
绝缘体： σ≤10-12 S.cm-1
半导体： （σ= 10-12~102 S.cm-1
金属导体： σ= 102~106 S.cm-1
超导体： σ→∞ S.cm-1
第一章导电聚合物
6
高分子具有导电性？