导电高分子材料的应用、研究状况及发展趋势
导电高分子材料的研究进展及其应用
导电高分子材料的研究进展及其应用摘要：本文讲述了导电高分子材料的起源、分类以及特点。
综述了导电高分子材料的研究进展及其在各个领域的应用。
关键词导电高分子研究进展应用一、引言1958 年Natta 等人合成了聚乙炔，但是当时并没有引起其他科学家的足够重视。
自从1977年美国科学家黑格（A.J.Heeger）和麦克迪尔米德（A.G.MacDiarmid）和日本科学家白川英树（H.Shirakawa）发现掺杂聚乙炔（Polyacetylene,PA）具有金属导电特性以来[1]，有机高分子不能作为电解质的概念被彻底改变。
现在研究的有聚乙炔(Polyacetylene, PAC)、聚吡咯(Polypyrroles,PPY)、聚噻吩(Polythiophenes, PTH)、聚苯胺(Polyaniline,PAN)、聚对苯(Polyparaphenylene, PPP)、聚并苯(Polyacenes,PAS)等,具有许多特殊的电、光、磁和电化学性能。
也因此诞生了一门新型的交叉学科-导电高分子。
这个新领域的出现不仅打破了高分子仅为绝缘体的传统观念,而且它的发现和发展为低维固体电子学,乃至分子电子学的建立和完善作出重要的贡献,进而为分子电子学的建立打下基础,而具有重要的科学意义。
所谓导电高分子是由具有共轭∏键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。
它完全不同于由金属或碳粉末与高分子共混而制成的导电塑料。
导电高分子具有特殊的结构和优异的物理化学性能使它在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件, 以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术上有着广泛、诱人的应用前景。
因此, 导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。
经过近30多年的发展，导电高分子已取得了重要的研究进展。
二、导电高分子材料的分类按照材料结构和制备方法的不同可将导电高分子材料分为两大类:一类是结构型(或本征型) 导电高分子材料,另一类是复合型导电高分子材料。
导电高分子材料的发展现状及未来发展趋势
ｌ ＿ ２ 结构型导电高分子材料。是指高分子结构本身或经过掺杂之后 具有导电功能的高分子材料。 根据电导率的大小又可分为高分子半导 体、 高分子金属和高分子超导体。按照导电机理可分为电子导电高分 子材料和离子导电高分子材料。 电子导电高分子材料的结构高分子材料分类 导电高分子材料可以通过产生的方式和结构的不 同分为复合 型 材料与结构型材料两类 ， 这两类材料虽然具有较为相似的特 陛， 但是
也存在着较大的差别 ， 而且应用的方向和范围也有所不 同。正确认识 这两种导电高分子材料 的特 和特 性， 能够使对其的应用更加科学化 和合理化。下面将对这两种材料分别进行研究。 １ ． １ 复合型导电高分子材料。由通用的高分子材料与各种导电性物
电池具有易生产加工成膜 、 可绕曲、 小型轻便 、 能量高等特点 ， 如果解 决 了有机物的耐久性和高压下有机溶剂的稳定性问题 ， 那么以导电高 分子材料为基础的二次电池就有可能实现商品化。 ２ ． ３ 导体 。将金属粉 、 炭黑等导体粉末与高分子材料经过填充复合 、
表面复合等方式进行合成 ， 就可制成具有导电性的高分子材料。经复 合合成的导电高分子材料与传统金属导体相比具有如下优点 ： 加工性 能强 ， 适于更多场合的应用 ； 耐腐蚀 、 弹性高 、 密度低 ； 电导率可调节 ， 使用范围相对更广 ， 方便实际应用 ； 适于批量生产 ， 价格便宜。导电高 例如柔韧性好、 电导性高、 易 质通过填充复合 、 表面复合或层积复合等方式而制得。主要品种有导 分子作为超级电容器 电极拥有很多优点 ， 电塑料 、 导 电橡胶 、 导电纤维织物 、 导 电涂料 、 导电胶粘剂 以及透明导 加工而且可被制成薄膜 。很多导电高分子材料显示 出高比容量 和电 电薄膜等。 其 性能与导电填料的种类 、 用量、 粒度和状态以及它们在高 容 ， 并且可以在—个高相对速度下传递能量 ， 但是作为超级 电容器电 分子材料中的分散状态有很大的关系。常用的导电填料有炭黑 、 金属 极 的主要觇 就是循环使用寿命短。 ２ ． ４ 药物释放 。导 电高聚物的掺杂和脱杂过程实际上是一个对阴离 粉、 金属箔片、 金属纤维 、 碳纤维等。 子嵌入和脱嵌入过程 ， 离子电疗法是借助电化学过程来驱动药物通过 皮肤而进入体内， 利用这两点就可 以制作一种含药物的导电高分子电 池， 接通电流的时候药物就能释放 出来 ， 并通过皮肤而进入血液。 聚吡 咯是在这方面研究最早也是应用最广泛的一种导电高分子。 有线型威面型大共轭体系 ，在热或光的作用下通过共轭 竹电子的活 ３ 导 电高分 子实 用化发 展趋 势 化而进行导 电， 电导率一般在半导体的范围。采用掺杂技术可使这类 下面对其有待发展的方面进行研究和展望。 材料的导电性能大大提高。如在聚乙炔中掺杂少量碘， 电导率可提高 ３ ． １ 解决导 电高聚物的加工性和稳定性。现有 的导 电高分子聚合物 １ ２ 个数量级 ， 成为“ 高分子金属” 。经掺杂后的聚氮化硫 ， 在超低温下 可转变成高分子超导体。 结构型导电高分子材料用于试制轻质塑料蓄 电池 、 太阳能 电池 、 传感器件 、 微波吸收材料以及试制半导体元器件 等。但 目前这类材料由于还存在稳定性差（ 特别是掺杂后的材料在空 气中的氧化稳定性差） 以及加工成型性、 机械陛能方面的问题 ， 尚未进 入实用阶段。 ２ 导 电高分 子材 料 的应 用 导电高分子材料 的应用是对其进行研究和生产 的主要 目的 ， 其
导电高分子材料的应用研究状况及发展趋势
导电高分子材料的应用研究状况及发展趋势导电高分子材料的应用非常广泛。
首先，导电高分子材料在电子器件领域具有重要应用。
它们可以作为导电层、电极材料或者作为接触材料应用于OLED、OPV、OFET等器件中，改善器件的性能和稳定性。
其次，导电高分子材料在光电器件方面也有广泛应用。
例如，导电高分子材料可以用作透明电极在柔性有机太阳能电池中，提高电池的可弯曲性和稳定性。
此外，导电高分子材料还可以应用于能源存储领域，例如作为超级电容器的电极材料，提高超级电容器的能量密度和功率密度。
另外，导电高分子材料还可以用于生物传感领域，通过改变电荷转移性质来检测生物分子的存在。
在导电高分子材料的研究领域，目前主要集中在材料合成和性能改进方面。
为了实现导电性能，研究人员通常引入导电性的官能团或者直接制备掺杂型高分子材料。
例如，通过掺杂含有高度共轭结构的杂化分子到高分子材料中，如对苯二甲酸二甲酯（PTCDI）或者卟吩类分子，来提高导电性能。
此外，研究人员还通过优化高分子材料内部的相结构，改善材料的导电性能。
导电高分子材料的发展趋势主要包括以下几个方面。
首先，对于导电高分子材料的研究将趋向于合成方法和材料设计的精确化。
研究人员将继续探索不同的化学合成方法和材料设计策略，以获得具有高导电性能和稳定性的导电高分子材料。
其次，导电高分子材料在柔性电子领域的应用将得到进一步拓展。
随着柔性电子器件的发展，导电高分子材料将成为一个重要的研究和应用领域。
此外，为了提高导电高分子材料的性能和稳定性，研究人员也将继续通过掺杂、界面改性等手段来改进材料性能。
最后，值得注意的是，导电高分子材料仍然存在一些挑战。
首先，导电高分子材料的导电性能相对较差，需要进一步提高。
其次，导电高分子材料的稳定性也需要改进，特别是在长时间使用和极端环境下的应用中。
另外，导电高分子材料的成本也需要进一步降低，以促进其在大规模应用中的普及。
综上所述，导电高分子材料具有广泛的应用前景，在电子器件、光电器件、能源存储、生物传感等领域都有重要作用。
导电高分子材料的进展及应用
导电高分子材料的进展及应用近年来，随着电子信息技术的迅猛发展，导电高分子材料越来越受到人们的关注。
导电高分子材料不仅具有普通高分子材料的优良性能，还具有良好的导电性、导热性、光学特性和机械性能。
在传感器、聚合物太阳能电池、有机发光二极管、导电墨水等领域具有广泛的应用前景。
目前，导电高分子材料的研究热点主要包括三大方面：第一，寻求新型导电高分子材料，如类金属、碳基高分子材料等，以提高材料的导电性和稳定性；第二，研究合成导电高分子材料的新方法，如单体共聚合法、离子液体法等，以提高材料的性能和制备效率；第三，开发导电高分子材料的新应用，如导电隔热材料、柔性电子器件等，以拓宽其应用范围。
其中，类金属和碳基高分子材料是当前研究的重点。
类金属高分子材料由于具有良好的导电性和机械性能，已被广泛应用于传感器、聚合物太阳能电池等领域。
碳基高分子材料因其具有嵌入式的碳元素，不仅具有好的导电性和机械性能，还具有优异的化学稳定性和生物兼容性，因此也具有广泛的应用前景。
另外，导电高分子材料的制备方法也得到了不断的改进。
单体共聚合法是当前研究的热点之一。
该方法可以将不同单体进行共聚合，以得到具有多种性质的高分子材料；离子液体法则可制备无机-有机复合材料，以提高材料的导电性和稳定性。
最后，导电高分子材料的应用前景也十分广阔。
导电隔热材料是目前研究的热点之一，其可以用于隔热材料和导热材料。
同时，柔性电子器件也是导电高分子材料的研究热点。
相较于传统的硅基材料，导电高分子材料更加轻薄柔软，可以制成柔性电子器件，应用于可穿戴电子、智能家居等领域。
总之，导电高分子材料具有广泛的应用前景，并且其研究重点逐渐向新材料、新方法、新应用领域发展。
相信在不久的将来，导电高分子材料将会得到更广泛的应用。
导电高分子材料的历史_现状与发展趋势
要 介绍掺杂 型 和复合 型导 电高 分子 的历 史
、
现状和 发展趋势
。
复合 型 导 电高 分子 材料
选 用物 理 性能适 宜 的聚 合物
如聚 乙 稀
、
好 导 电性 的超微 金属
接剂
、
如银
、
铜 等#
,
与 具有 良 金 属 氧化 物 炭 黑 等混 配 复合制成 导 电塑 料 导 电粘
、
、
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、
、
。
、
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是最早 引起人 们注意 的导 电 高聚物
7 8 8 年 日本 东京 工 学 院 的 9 记 : ; = > < <
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、
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,
八 十 年代后 通 过 采用 一 系列新 的 制 备技术
,
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,
不仅大 大提高 了导 电率
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而 且 加工 性能 也 得到改 善
目前 已 研 制出 可
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、
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,
,
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导电高分子材料的研究进展
导电高分子材料的研究进展一、本文概述导电高分子材料作为一种新兴的功能材料，因其独特的导电性能和可加工性，在电子、能源、生物医学等领域展现出广阔的应用前景。
本文旨在综述导电高分子材料的研究进展，重点关注其导电机制、性能优化以及实际应用等方面。
我们将简要介绍导电高分子材料的基本概念、分类和导电原理，为后续讨论奠定基础。
接着，我们将重点回顾近年来导电高分子材料在合成方法、性能调控以及导电性能提升等方面的研究成果。
本文还将探讨导电高分子材料在电子器件、能源存储与转换、生物传感器等领域的应用进展，并展望未来的发展趋势和挑战。
通过本文的综述，希望能够为相关领域的研究人员提供有价值的参考信息，推动导电高分子材料的进一步发展。
二、导电高分子材料的分类导电高分子材料可以按照其导电机制、化学结构、应用方式等多种维度进行分类。
从导电机制来看，导电高分子材料主要分为电子导电高分子和离子导电高分子两大类。
电子导电高分子主要依靠其共轭结构中的π电子进行导电，如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩等；而离子导电高分子则通过离子在固态中移动实现导电，如聚电解质、离子液体等。
从化学结构上看，导电高分子材料主要包括共轭聚合物、金属络合物高分子、复合型导电高分子等。
共轭聚合物由于具有大的共轭体系和离域π电子，表现出优异的电子导电性；金属络合物高分子则通过金属离子与高分子链的配位作用，形成导电通道；复合型导电高分子则是通过在绝缘高分子基体中添加导电填料（如碳黑、金属粒子、导电聚合物等），实现导电性能的提升。
在应用方式上，导电高分子材料可以分为结构型导电高分子和复合型导电高分子。
结构型导电高分子本身即具有导电性，可以直接用于电子器件的制备；而复合型导电高分子则需要通过添加导电填料等方式实现导电性能的调控，其导电性能受填料种类、含量、分散状态等多种因素影响。
根据导电高分子材料的导电性能，还可以分为导电高分子、抗静电高分子和高分子电解质等。
导电高分子具有高的导电性，可以作为电极材料、电磁屏蔽材料等；抗静电高分子则主要用于防止静电积累，如抗静电包装材料、抗静电涂层等；高分子电解质则具有离子导电性，可应用于电池、传感器等领域。
导电高分子复合材料综述
导电高分子复合材料综述导电高分子复合材料是一种结合了导电填料和高分子基体的非金属导电材料。
由于其优异的导电性能和高分子材料的良好工艺性能，导电高分子复合材料在电子、电器、电磁波屏蔽、静电防护等领域得到了广泛应用。
本文将从导电填料、高分子基体、制备方法和应用领域等方面综述导电高分子复合材料的研究进展。
导电填料是导电高分子复合材料中的关键组成部分。
目前常用的导电填料包括金属填料、碳黑、导电纤维和导电聚合物等。
金属填料具有良好的导电性能，但其加工性差，易生锈。
碳黑填料性能稳定，但存在聚集现象，导致流变性能下降。
导电纤维可以提供较高的导电性能，但通常与高分子基体的相容性较差。
导电聚合物由于能够形成连续的导电网络，并且可以与高分子基体较好地相容，因此成为近年来发展的研究热点。
高分子基体对导电高分子复合材料的力学性能、导电性能和工艺性能等起着重要影响。
常用的高分子基体包括聚合物树脂、热塑性弹性体和热塑性聚合物等。
聚合物树脂由于具有良好的力学性能和化学稳定性，因此广泛应用于导电高分子复合材料。
热塑性弹性体由于可以在一定温度范围内恢复弹性，因此在导电弹性体材料中得到了广泛应用。
热塑性聚合物由于具有良好的工艺性能，在导电高分子复合材料中也得到了较好的应用效果。
制备方法是影响导电高分子复合材料性能的关键因素之一、常用的制备方法包括溶液共混法、熔融共混法、反应挤出法和电沉积法等。
溶液共混法通过将导电填料和高分子基体溶解在适当的溶剂中，然后通过挥发溶剂的方式获得导电高分子复合材料。
熔融共混法是将导电填料和高分子基体在高温下混炼，然后通过冷却固化得到复合材料。
反应挤出法是通过聚合反应实现导电高分子复合材料的制备。
电沉积法是将金属填料等导电材料沉积在高分子基体上来制备导电高分子复合材料。
导电高分子复合材料在电子、电器、电磁波屏蔽、静电防护等领域具有广阔的应用前景。
在电子和电器领域，导电高分子复合材料可以用于生产导电薄膜、导线、印刷电路板等；在电磁波屏蔽领域，导电高分子复合材料可以用于制备导电涂层和导电材料；在静电防护领域，导电高分子复合材料可以用于制备静电消除器和防静电材料。
导电高分子材料在光电应用中的研究
导电高分子材料在光电应用中的研究随着科技的不断进步，光电子技术在我们的生活中扮演着日益重要的角色。
而导电高分子材料作为一种新型的材料，在光电应用中展现出了巨大的潜力。
本文将探讨导电高分子材料在光电应用中的研究进展和应用前景。
首先，我们来了解一下导电高分子材料的基本性质。
导电高分子材料是一种能够传导电流的聚合物材料。
相比于传统的导电材料如金属和半导体，导电高分子材料具有重量轻、柔韧性好以及可塑性强等特点。
这使得导电高分子材料在光电应用领域中具备了独特的优势。
导电高分子材料在光电器件中的应用是研究的热点之一。
目前，已有许多导电高分子材料被应用于有机太阳能电池、有机发光二极管（OLED）以及柔性电子设备等。
以有机太阳能电池为例，导电高分子材料作为太阳能电池的光电转换层，能够将太阳能有效转化为电能。
同时，导电高分子材料的柔性特性使得太阳能电池具备了更大范围的应用空间，可以被应用于建筑外墙、交通工具以及可穿戴设备等。
另外，导电高分子材料在光电储能领域也有广阔的应用前景。
光电储能技术是未来能源领域的重要方向之一。
通过将能量转化为电能并存储起来，实现高效利用。
导电高分子材料由于其导电性，可以被应用于光电储能设备中的电池、超级电容器等。
这不仅能够提高储能设备的性能，还可以大大提高储能设备的可靠性和寿命。
然而，导电高分子材料在光电应用中仍面临一些挑战。
首先是导电性能的稳定性问题。
由于导电高分子材料易于因光照、湿度以及温度等环境条件的变化而导致性能的衰减，因此需要通过合理的结构设计和材料改性来提高导电性能的稳定性。
此外，导电高分子材料的制备成本也是一个挑战。
目前，导电高分子材料的制备方法相对复杂且成本较高，需要进一步的研究和发展来降低成本，提高制备效率。
综上所述，导电高分子材料在光电应用中具有巨大的发展潜力。
随着科技的进步和人们对绿色能源的需求增加，导电高分子材料将在太阳能电池、发光二极管、电池等光电器件中发挥重要作用。
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导电高分子功能材料武汉工业学院材料化学091班林赚 091304101摘要：与传统导电材料相比较,导电高分子材料具有许多独特的性能。
导电高聚物可用作雷达吸波材料、电磁屏蔽材料、抗静电材料等。
介绍了导电高分子材料的结构、种类及导电机理、合成方法、导电高分子材料的应用、研究现状及发展趋势。
关键字：导电高分子功能材料结构特征性能1 概述一类具有导电功能（包括半导电性、金属导电性和超导电性）、电导率在10S／m以上的聚合物材料。
高分子导电材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜以及电导率可在十多个数量级的范围内进行调节等特点，不仅可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品，而且已成为许多先进工业部门和尖端技术领域不可缺少的一类材料。
高分子材料长期以来被作为优良的电绝缘体，直至1977年，日本白川英树等人才发现用五氟化砷或碘掺杂的聚乙炔薄膜具有金属导电的性质，电导率达到10S/m。
这是第一个导电的高分子材料。
以后，相继开发出了聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺、聚噻吩等能导电的高分子材料。
“导电高分子材料具有良好的导电性和电化学可逆性，可用作充电电池的电极材料。
利用Ppy制作的可充电电池，经300次充放电循环后，效率无下降，已达到商业应用价值。
导电性高聚物在太阳能电池上的应用也引起了广泛的关注，美国科学家Jeskocheim利用聚吡咯和聚氧化乙烯固态电介质膜试制了光电池，可产生1mA/cm2的电流，0.35V的电压。
尽管这种光电池目前还不如Si太阳能电池，但由于导电聚合物重量较轻、易成形、工艺简单，并能生成大面积膜，具有绿色环保的特点，因而发展前景十分诱人。
导电高分子材料还是制作超级电容器的理想材料。
如采用掺杂后的聚吡咯高分子化合物，电导率高达100 S/cm，频率特征非常出色，尤其在高频区的特性与以前电容器相比有很大改善。
经过多年世界范围内的广泛研究，导电聚合物在新能源材料方面的应用已获得了很大的发展，但离实际大规模应用还有一定的距离。
这主要是因为其加工性不好和稳定性不高造成的。
2 导电高分子的发展背景自从1977年美国科学家黑格（A.J.Heeger）和麦克迪尔米德（A.G.MacDiarmid）和日本科学家白川英树（H.Shirakawa）发现掺杂聚乙炔（Polyacetylene,PA）具有金属导电特性[1]以来，有机高分子不能作为电解质的概念被彻底改变。
也因此诞生了一门新型的交叉学科-导电高分子。
这个新领域的出现不仅打破了高分子仅为绝缘体的传统观念,而且它的发现和发展为低维固体电子学,乃至分子电子学的建立和完善作出重要的贡献,进而为分子电子学的建立打下基础,而具有重要的科学意义。
所谓导电高分子是由具有共轭∏键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。
它完全不同于由金属或碳粉末与高分子共混而制成的导电塑料。
导电高分子具有特殊的结构和优异的物理化学性能使它在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件, 以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术上有着广泛、诱人的应用前景。
因此, 导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。
经过近30多年的发展，导电高分子已取得了重要的研究进展。
3 导电高分子的结构特征电子导电型聚合物的共同结构特征是分子内有大的线性共轭n电子体系，给载流子-自由电子提供离域迁移的条件。
离子导电型聚合物的分子有亲水性．柔性好，在一定温度条件下有类似液体的性质。
允许相对体积较大的正负离子在电场作用下在聚合物中迁移。
氧化还原型导电聚合物必须在聚合物骨架上带有可进行可逆氧化还原反应的活性中心。
在有机共轭分子中，σ键是定域键，构成分子骨架；而垂直于分子平面的p 轨道组合成离域π键，所有π电子在整个分子骨架内运动。
离域π键的形成，增大了π电子活动范围，使体系能级降低、能级间隔变小，增加物质的导电性能。
在共轭有机分子中σ电子是无法沿主链移动的，而π电子虽较易移动，但也相当定域化，因此必需移去主链上部分电子(氧化)或注入数个电子(还原)，这些空穴或额外电子可以在分子链上移动，使此高分子成为导电体。
随着高分子材料应用范围不断拓宽,导电高分子在能源、光电子器件、信息传感器、分子导线和分子器件,以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术等愈来愈得到了广泛应用。
本文通过对导电高分子材料的应用研究, 介绍了不同类型导电高分子的不同特征。
目前，导电高分子所采用的复合方法主要有两种，一种是将亲水性聚合物或结构形导电高分子。
结构型导电高分子是指高分子本身或少量掺电高分子与基体高分子进行共混, 即用结构型导电聚合物粉末或颗粒与基体树脂共混,它们是抗静电材料和电磁屏蔽材料的主要用料, 其用途十分广泛,是目前最有实用价值的导电塑料。
另一种则是将各种导电填料填充到基体高分子中的导电树脂基复合材料，是以树脂为基体,添加导电纤维、颗粒、粉末、球状、块状导电体等制备而成。
共混型复合导电高分子基体高分子与结构型导电高分子共混, 就是采杂后具有导电性质,一般是电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子受体或供体进行掺杂后制得的。
从导电时载流子的种类来看, 结构型导电高分子主要分为两类：离子型导电高分子(Ionic Con2 duct ive Polymers),它们导电时的载流子主要是离子;电子型导电高分子(Ionic Elect rically Conduc2 t ive Polymers),导电时的载流子主要是电子,主要是指共轭高分子。
结构型导电高分子的主要品种有聚乙炔(PPV)、苯胺(PAN)、吡咯聚聚(PPY)、聚噻吩(PVK) 。
但通常,由于导电高分子的不熔性和环境稳定性的问题, 在基础研究和技术应用上受到了极大的限制。
近年来 Diaz 等在有机溶剂乙腈中得到性能比较稳定的聚吡咯薄膜,导电率可达10s/cm。
目前聚吡咯导电膜已向工业化方向发展，用机械或化学方法将结构型导电高分子和基体高分子进行复合, 这是一条使结构型导电高分子走向实用化的有效途径。
但是,基体高分子的热稳定性对复合材料的导电性能也有影响,一旦基体高分子链发生松弛现象,就会破坏复合材料内部的导电途径,致使导电性能明显下降。
通常采用化学法或电化学法, 将结构型导电高分子和基体高分子进行微观尺度内的共混,则可获得具有互穿或部分互穿网络结构的复合导电高分子。
利用这一方法已经得到了PAN/聚甲醛(POM)、PPY/聚(乙烯接枝磺化苯。
填充型复合导电高分子导电填料掺入到普通的基体高分子中,经各种成型加工方法复合制得导电高分子。
导电填料的品种很多,常用的可分成炭系和金属系两大类。
炭系填料包括炭黑、石墨碳纤维和炭纳米管等;金属系主要有铝、镍、铜、铁等金属粉末、金属片和金属纤维,以及镀金属的纤维和云母片等。
通过试验研究将炭黑颗粒和金属纤维填充便可制成复合导电高分子。
(1)碳黑填充型炭黑是天然的半导体材料,它不仅原料易得,导电性能持久稳定, 而且可以大幅度调整复合材料的电阻率.因此,由炭黑填充制成的复合导电高分子是目前用途最广、用量最大的一种导电材料。
它主要用于抗静电材料,也可以作为面状发热体、电极材料及电磁屏蔽材料等。
炭黑填充型导电高分子的导电机理比较复杂,主要有导电通道、隧道效应和场致发射学说。
通常,炭黑以粒子形式均匀分散于基体高分子中, 随着炭黑填充量的增加,粒子间距缩小,当接近或呈接触状态时,便形成大量导电网络通道,导电性能大大提高,继续增加炭黑用量则对导电性影响不明显。
炭黑的导电性能与其结构、比表面积和表面化学性质等因素有关。
一般认为, 炭黑的结构性越高(如乙炔炭黑)、比表面积越大(粒径越小)、表面活性基团含量越少,则导电性能越好。
其突出特点是产品颜色只能是黑色而影响外观。
围绕提高炭黑填充高分子的导电性能进行了大量的研究。
如填充前对炭黑进行高温热处理;用钛酸酯偶联剂处理炭黑表面;在填充复合过程中,添加适量的分散剂或表面活性剂,可以防止炭黑粒子的聚集,从而使之在基体高分子中能够均匀分散; 将炭黑与高分子的化学接枝物作为母粒,再与其它的基体高分子进行复合等。
另外一些专用的炭黑导电料也相继被开发出来, (2)金属填充型：金属是优良的导体, 采用金属作为填料,尤其是将金属纤维填充到基体高分子中,经适当混炼分散和成型加工后,可以制得导电性能优异的复合导电高分子材料,由于这类材料比传统的金属材料质量轻，容易成型且生产效率高, 因此是近年来最有发展前途的新型导电材料和电磁屏蔽材料,国外已广泛用作电子计算机及其它电了产品的壳体材料。
金属纤维的填充量对导电性能的影响规律与炭黑填充的情形相类似,但由于纤维状填料的接触几率更大,因此在填充量很少的情况下便可获得较高的导电率。
金属纤维的长径比对材料的导电性能影响较大,长径比越大,导电性和屏蔽效果就越好. (3)碳纤维填充型：碳纤维既具有碳素材料的固有特性,又具有金属材料的导电性和导热性,其导电能力介于炭黑和石墨之间。
其导电机理是加入到树脂中的短切碳纤维,相互搭接形成导电回路,从而利用碳纤维的导电特性,使其复合材料具有导电性。
其应用以防静电材料、导电材料、电阻体材料和电磁波屏蔽材料为主。
天津大学师春生等在树脂中加入碳纤维毡,制成导电高分子复合材料, 应用于高分子材料的焊接中, 取得了良好的效果。
(4)纳米型导电高分子导电高分子纳米复合材料集高分子自身的导电性与纳米颗粒的功能性于一体,具有极强的应用背景,从而迅速地成为纳米复合材料领域的一个重要研究方向。
纳米导电高分子是新兴的导电材料,一种方法是将纳米级导电填料填充到树脂基体中制备导电纳米高分子, 随着纳米生产技术和纳米分散技术的不断成熟,这种方法将会得到很好的发展;另一种方法是采用纳米材料制造工艺制备纳米结构的导电高分子,该方法目前尚处于研究阶段。
4 导电高分子结构和性能的关系4.1 结构型导电高分子结构和性能的关系物质的导电过程是载流子在电场作用下定向移动的过程。
高分子聚合物导电必须具备两个条件: (1) 要能产生足够数量的载流子(电子、空穴或离子等);(2) 大分子链内和链间要能够形成导电通道。
在离子型导电高分子材料中，聚醚、聚酯等的大分子链呈螺旋体空间结构,与其配位络合的阳离子在大分子链段运动作用下,就能够在螺旋孔道内通过空位迁移(“自由体积模型”) ; 或被大分子“溶剂化”了的阴阳离子同时在大分子链的空隙间跃迁扩散(“动力学扩散理论”)对于电子型导电高分子材料,作为主体的高分子聚合物大多为共轭体系(至少是不饱和键体系) ,长链中的π键电子较为活泼,特别是与掺杂剂形成电荷转移络合物后,容易从轨道上逃逸出来形成自由电子。
大分子链内与链间π电子轨道重叠交盖所形成的导电能带为载流子的转移和跃迁提供了通道。
在外加能量和大分子链振动的推动下,便可传导电流。