关于导电高分子材料的研究进展
导电高分子材料的研究和应用
导电高分子材料的研究和应用近年来，导电高分子材料得到了越来越多的关注。
这种材料能够将电能转化为热能，具有较高的电导率和良好的机械性能，因此在可穿戴电子设备、柔性电子、智能材料等领域具有广泛的应用前景。
本文将就导电高分子材料的研究进展和应用领域进行探讨。
一、导电高分子材料的分类和制备方法导电高分子材料的分类多种多样，包括导电聚合物和导电复合材料等。
其中导电聚合物主要包括导电聚苯胺、导电聚丙烯酰胺和聚电解质等。
这些聚合物具有较高的导电性能和良好的稳定性，可以在应力、温度和化学环境等多种条件下均能保持稳定的电导率。
导电复合材料是指将导电材料与聚合物基体复合而成的材料。
导电材料可以是金属、碳纳米管、石墨烯等等，具有较高的导电性能。
而聚合物基体则可以提供良好的机械性能和稳定性。
导电复合材料的制备方法包括化学合成、物理混合和化学还原等。
二、导电高分子的应用领域1. 可穿戴设备随着移动互联网和物联网技术的不断发展，可穿戴设备逐渐得到人们的关注。
作为这一领域的重要材料之一，导电高分子可以用于制作柔性传感器、智能手表、智能眼镜等设备中的电子元件。
相比于传统的刚性电子元件，导电高分子材料可以更好地贴合皮肤，不影响使用者的日常生活。
2. 柔性电子柔性电子作为一种颠覆性的技术，将改变现有的电子产品设计理念。
导电高分子材料可以在这一领域中扮演重要的角色。
制备柔性电子的关键在于材料的柔软性和可弯折性。
而导电高分子材料具有较好的柔软性和可弯折性，因此可以作为柔性电子的重要材料之一。
3. 智能材料智能材料是指能够对外界刺激做出相应反应的材料。
导电高分子材料可以通过改变电流、温度等条件来实现形变、液滴运动等智能性能。
此外，导电高分子材料还可以应用于电磁屏蔽、光电和声音传感器等领域。
三、导电高分子材料未来的发展方向随着科技的不断发展和人们对高性能、高稳定性的需求不断增加，导电高分子材料未来的发展方向也越来越多样。
以下是未来导电高分子材料的几个发展趋势：1. 提高导电性目前导电高分子材料的电导率还有一定的提升空间。
导电高分子材料的研究进展
导电高分子材料的研究进展导电高分子材料是一种能够传导电流的高分子材料，具有优异的导电性能和灵活的可塑性。
它们广泛应用于电子器件、柔性电子器件、能源存储和传输等领域。
随着科技的不断发展，导电高分子材料的研究也在不断取得进展。
本文将就导电高分子材料的研究进展进行探讨。
近年来，导电高分子材料的研究主要集中在三个方面：一是发展新型的导电高分子材料，二是研究导电机理，三是提高导电性能。
1.发展新型的导电高分子材料石墨烯是一种具有高导电性能的二维材料，其单层厚度仅为一个原子。
由于其优异的导电性能和独特的二维结构，石墨烯被广泛应用于导电高分子材料的开发。
例如，石墨烯可以添加到传统的高分子材料中，以提高其导电性能。
此外，石墨烯的制备方法也在不断改进，例如化学气相沉积和机械剥离技术，以提高石墨烯的制备效率和质量。
除了石墨烯，碳纳米管也是一种具有很高导电性能的材料。
碳纳米管的直径仅为几个纳米，但长度可以达到几个微米甚至更长。
碳纳米管可以在高分子基体中分散，形成导电网络，从而提高高分子材料的导电性能。
此外，一些研究人员还提出了利用纳米粒子和聚合物共同制备导电高分子材料的方法，以获得更好的导电性能。
2.研究导电机理研究导电机理是导电高分子材料研究的重要方向。
目前，导电高分子材料的导电机理主要包括两种：一种是有机导电材料的分子导电机理，即通过有机分子的电荷迁移来实现导电；另一种是金属/高分子复合材料的载流子传输机理，即通过金属粒子或纳米线来传输载流子。
研究导电机理有助于深入理解导电高分子材料的性质，并为其应用提供指导。
3.提高导电性能提高导电性能是导电高分子材料研究的重要目标之一、目前，提高导电性能的方法主要包括以下几个方面：一是通过改变高分子材料的结构和组分来调控导电性能，例如改变共聚物的比例和合成导电高分子材料的共轭结构。
二是通过添加导电剂来提高高分子材料的导电性能，例如添加金属粒子、碳纳米管等。
三是通过改变导电高分子材料的处理方法来提高其导电性能，例如通过拉伸、压印等方法调控高分子链的排列和导电网络的形成。
高分子材料的导电性能研究
高分子材料的导电性能研究高分子材料是一类由大量重复单元组成的聚合物，具有独特的物理和化学性质。
近年来，研究人员对高分子材料的导电性能进行了深入的研究。
高分子材料的导电性能对于电子学、能源存储和生物传感器等领域的应用有着重要意义。
本文将探讨高分子材料的导电机制以及相关研究进展。
一、导电机制高分子材料的导电机制主要包括两种类型：注入和固体态（固态）导电。
在注入导电中，高分子材料通过与电子供体或受体接触来实现导电。
这种类型的导电机制广泛应用于有机半导体材料和高分子材料的传感器中。
固态导电是另一种常见的导电机制，主要通过高分子材料自身的导电特性来实现导电。
在这种情况下，高分子材料内部电子通过导电链路进行迁移和传导。
二、导电性能的调控为了改善高分子材料的导电性能，研究人员采取了一系列的调控策略。
以下是几种常见的调控方法：1. 添加导电剂：添加导电剂是提高高分子材料导电性能的一种常见方法。
常用的导电剂包括碳纳米管、石墨烯和金属纳米颗粒等。
这些导电剂与高分子材料形成导电网络，提高了材料的导电能力。
2. 修饰表面：通过对高分子材料表面进行修饰，可以改善其导电性能。
例如，在高分子材料表面修饰导电聚合物或导电聚合物接枝物，在其表面形成导电通道，提高了导电性能。
3. 聚合物共混：将高分子材料与导电性能较好的聚合物进行共混，可以有效改善材料的导电性能。
聚合物共混技术可以提高材料的导电路径，并增加电子在材料中的传输速率。
三、应用领域高分子材料的导电性能在各个领域具有广泛的应用前景。
1. 电子学应用：高分子材料具有可塑性、透明性和可扩展性等优势，在电子学领域中被广泛应用。
高分子材料的导电性能可以用于制造柔性显示器、柔性智能电路等。
2. 能源存储应用：高分子材料的导电性能对于电池和超级电容器等能源存储设备的性能有着重要影响。
通过调控高分子材料的导电性能，可以提高能源存储设备的充放电效率和循环稳定性。
3. 生物传感器应用：高分子材料的导电性能在生物传感器领域具有广泛应用。
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。
新型导电高分子材料研究进展与应用展望
新型导电高分子材料研究进展与应用展望随着电子技术的不断发展和普及，电子设备的功能和性能要求也不断提高。
因此，人们对于材料的需求也不断提高，其中高分子材料是最有前途的一种新材料，它不仅具有传统高分子材料的优点，还能利用其特殊的导电性能来满足不同领域的需求。
本文将着重介绍新型导电高分子材料的研究进展和其应用展望。
一、新型导电高分子材料的研究进展1. 聚苯胺（PANI）导电高分子材料聚苯胺是一种重要的导电高分子材料，它是一种具有导电性的聚合物。
在过去的几十年中，聚苯胺（PANI）已成为导电高分子材料领域中最具有研究价值的一种导电高分子材料，它具有独特的导电性和可控性。
2. 半导体高分子材料半导体高分子材料是一种新型导电高分子材料，它是一种具有半导体性质的聚合物。
半导体高分子材料主要应用于电子设备领域，例如智能手机、平板电脑及其他电子产品等。
3. 碳基导电高分子材料碳基导电高分子材料是新型导电高分子材料领域中的另一种材料，它是由含碳原子的高分子材料组成的，具有优异的电导性能、抗氧化性和耐磨性等特点。
在电子器件中，碳基导电高分子材料可以用作电极、导线、传感器等。
4. 杂化导电高分子材料随着新型导电高分子材料的研究和发展，科学家们发现将不同的材料进行混合，可以获得更好的导电性能。
因此，杂化导电高分子材料应运而生。
杂化导电高分子材料中的多种材料可以相互作用从而提高材料的性能和导电性能。
二、新型导电高分子材料的应用展望1. 电子器件领域新型导电高分子材料在电子器件领域中有很大的应用前景。
例如，聚苯胺可以在太阳能电池、有机发光二极管（OLEDs）等器件中应用；碳基导电高分子材料可以用于电极制备和智能材料的制备。
2. 纺织品领域新型导电高分子材料也可以用于纺织品的制备。
例如，聚苯胺材料可以用于制备导电织物，这种导电织物可以应用于医疗设备、体育器材等领域。
3. 应用于生物医学领域新型导电高分子材料也可以应用于生物医学领域。
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。
功能性导电高分子的材料与器件研究
功能性导电高分子的材料与器件研究在现代科技领域中，功能性导电高分子材料和器件的研究正日益成为热门话题。
这些材料具有高导电性、优异的机械性能和热稳定性，极具应用价值。
本文将介绍一些新型的功能性导电高分子材料和器件的研究进展。
一、功能性导电高分子材料的研究1. 导电高分子材料的分类导电高分子材料可以分为两类：柔性导电高分子和刚性导电高分子。
柔性导电高分子具有优异的柔性性能，适用于柔性电子器件的制备；刚性导电高分子具有硬度高、机械强度好等优点，适用于传感器电极、其它电子元件等领域。
2. 新型材料的研究除了传统的有机高分子导电材料，近年来出现了一些新型导电材料。
比如，气凝胶导电高分子可作为低密度和超轻导电材料，适用于轻型电子设备；二氧化钛和石墨烯复合材料具有高导电性、高分散性和高热稳定性，适用于制备高性能电极材料。
3. 功能性导电高分子材料的制备方法现有的导电高分子材料制备方法主要包括物理方法、化学方法和生物方法。
物理方法包括拉伸法、旋涂法、溶液铸膜法等；化学方法包括原位聚合法、离子交换法、辐射交联法等；生物方法通过利用生物技术手段来制备导电高分子材料。
这些方法各有优缺点，需要结合具体需求选用。
二、功能性导电高分子器件的研究1. 传感器由于导电高分子材料具有优异的传感性能，因此得以应用于传感器领域。
导电高分子传感器包括电化学传感器、热传感器、光电传感器等多种类型。
电化学传感器广泛应用于检测环境中的化学物质，例如工业废气污染物、水质污染物等。
2. 电池导电高分子材料可以应用于制备柔性电池，具有较高的能量密度和较长的使用寿命。
此外，电极材料也需要具有良好的电导率，来保证电池的正常运行。
研究表明，石墨烯和导电高分子复合物作为电极材料具有较好的电化学性能。
3. 电子器件由于导电高分子材料的柔性和可塑性，因此得以应用于柔性电子器件制备。
这些电子器件包括柔性显示器、传感器、快速充电器等。
导电高分子材料的应用带来了更加便携和灵活的电子产品，极大地方便了人们的生活。
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湖北汽车工业学院本科生课程论文《新材料导论》论文题目关于导电高分子材料的研究进展学生专业班级学生姓名（学号）指导教师（职称）完成时间关于导电高分子材料的研究进展摘要：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概念、分类、导电机理及其应用领域,综述了近些年来国内外科研工作者对导电高聚物的研究进展状况并对其发展前景进行了展望。
关键词：导电高分子；功能材料；导电机理；应用；述评。
自从1976年美国宾夕法尼亚大学的化学家MacDiarmid领导的研究小组首次发现掺杂后的聚乙炔(Polyacetylene,简称PA)具有类似金属的导电性以后,人们对共轭聚合物的结构和认识不断深入和提高,新型交叉学科)))导电高分子领域诞生了。
在随后的研究中科研工作者又逐步发现了聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚噻吩、聚对苯撑乙烯撑、聚苯胺等导电高分子。
导电高分子特殊的结构和优异的物理化学性能使它成为材料科学的研究热点,作为不可替代的新兴基础有机功能材料之一,导电高分子材料在能源、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。
到目前为止,导电高分子在分子设计和材料合成、掺杂方法和掺杂机理、可溶性和加工性、导电机理、光、电、磁等物理性能及相关机理以及技术上的应用探索都已取得重要的研究进展。
本文介绍了导电高分子的结构特征、导电机理及其应用领域,综述了近些年来导电高分子材料研究领域的进展状况。
1 导电高分子材料的分类高分子导电材料通常分为复合型和结构型两大类：①复合型高分子导电材料。
由通用的高分子材料与各种导电性物质通过填充复合、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、金属粉、金属箔片、金属纤维、碳纤维等。
②结构型高分子导电材料。
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特点是具有线型或面型大共轭体系，在热或光的作用下通过共轭π电子的活化而进行导电，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12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。
结构型高分子导电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、机械性能方面的问题，尚未进入实用阶段。
2 导电高分子材料的制备方法2.1复合型导电高聚物制备方法复合型导电高聚物是以高分子材料为基体,加入一定数量的导电物质(如碳黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等)组合而成。
该类聚合物兼有高分子材料的加工特性和金属的导电性。
与金属相比较,导电性复合材料具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等优点。
复合型导电高分子所采用的复合方法主要有两种[2,3]:一种是将亲水性聚合物或结构型导电高分子与基体高分子进行共混,另一种则是将各种导电填料填充到基体高分子中。
日本Asahi公司将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(ABS)、高抗冲改性聚苯乙烯(HIPS)与亲水性PA共混制得两种高性能抗静电复合材料A-dionA和AdionH,尤其是后者在相对湿度较低的条件下也表现出较强的抗静电能力,且不受水洗和擦拭等影响。
在相对湿度为50%、温度为23e的环境中保存4年后抗静电性能无变化,机械性能不低于普通HIPS,其他性能则与普通HIPS相同。
将结构型导电高分子材料与基体高分子在一定条件下共混成型,可获得具有多相结构特征的复合型导电高分子。
它的导电性能由导电高分子的/渗流途径0决定,当导电高分子质量分数为2%~3%时,其体积电阻率为107~1098#cm,可作抗静电材料使用。
研究表明,对于聚丙烯腈(PAN)/聚氯乙烯(PVC)或PAN/PA共混物,当PAN质量分数由5%增加到15%时,导电性突升,此后随PAN质量分数的继续增加,导电性升幅变小。
炭黑是天然的半导体材料,其体积电阻率约为0.1~10108#cm。
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(1~1088#cm)。
由炭黑填充制成的复合型导电高分子是目前用途最广、用量最大的一种导电高分子材料[4]。
炭黑填充型导电高分子材料中炭黑通常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。
炭黑的比表面积越大(粒径越小)、表面活性基团含量越少,则导电性能越好。
此外,成型工艺对炭黑填充高分子的导电性能也有影响,由好到差具体顺序为:流延、吹塑、注射、挤出、层压,这是由于炭黑粒子在不同成型过程中所受剪切作用及流动情况不同而导致其分散和取向程度不同所致。
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。
例如长径比为125的纤维,当填充的体积分数为1.5%时,屏蔽效果可达40dB;而长径比为250的纤维,只填充体积分数约为0.4%便可得到同样的效果。
这样既降低了产品成本,又使复合材料的密度下降,力学性能大大提高。
目前复合型导电高分子材料中所采用的金属纤维的长径比一般为50~60,相应的填充的体积分数为10%~15%,便可获得良好的导电性、对氧的稳定性和良好的耐热性。
日本的钟纺公司采用微振动切割技术制得的黄铜纤维,价格低廉,用较少的填充量即可得到较好的导电及屏蔽性能,将其填充到PA、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)和ABS等树脂中可以制成各种复合型导电高分子材料,表1列出了它们的一般性能[5]。
表1 黄铜纤维填充型导电高分子的性能2.2结构型导电聚合物制备方法结构型导电聚合物是指高分子聚合物本身或经少量掺杂后具有导电性的高分子物质,一般用电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子给体或受体进行掺杂后制得[6] 。
从导电时载流子的种类来看,结构型导电高分子聚合物又被分为离子型和电子型两类。
离子型导电高分子(IonicConductivePolymers)通常又叫高分子固体电解质(SolidPolymerElectrolytes,简称SPE),其导电时的载流子主要是离子。
电子型导电高分子(IonicElectricallyConductivePolymers)指的是以共轭高分子为主体的导电高分子材料,导电的载流子是电子(或空穴)。
这类材料是目前世界导电高分子材料研究开发的重点。
最早发现的结构型导电高聚物是掺杂聚乙炔,在随后的研究中科研工作者又相继开发了聚吡咯、聚对苯撑、聚噻吩、聚对苯撑乙烯撑、聚苯胺等导电高分子。
聚对苯撑(Polyparaphenylene,PPP)具有苯环的长链结构,有较高的电导性,良好的空气稳定性和耐热性。
通常PPP的合成工艺主要采用如下两种方法:(1)化学缩合;(2)电化学聚合[7]。
最成功的PPP的聚合方法是Kovacic报道的利用CuCl2为氧化剂,AlCl3为催化剂进行的缩合聚合反应。
化学聚合法得到的PPP粉状物都不导电,如用CuCl2-A-lCl3催化得到的PPP导电率接近10-12S/cm。
若用AsF5,AlCl3,FeCl3等电子受体或K,Li等电子给体对其进行掺杂,则电导率显著提高。
聚苯胺的导电性能优良,原料价格低廉,是目前导电高聚物研究的新热点。
井新利等[8]以TritonX-100为乳化剂、正己醇为助乳化剂,得到以苯胺盐酸盐为水相、正己烷为分散介质的反向微乳液。
进一步以过硫酸铵为氧化剂,合成了导电高分子材料聚苯胺的纳米粒子,对合成反应条件和产物的性能进行研究发现:聚苯胺粒子的直径随R(水相质量/乳化剂质量)提高而增加;盐酸掺杂聚苯胺的电导率随R的提高及氧化剂过硫酸铵与苯胺的摩尔比的提高而降低。
3 高聚物导电机理3.1结构型导电聚合物导电机理物质的导电过程是载流子在电场作用下定向移动的过程[9]。
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0);或被大分子/溶剂化0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0)。
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P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P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。
3.2复合型导电高聚物导电机理复合型导电高分子材料的导电机理比较复杂。
一般可分为导电回路如何形成以及回路形成后如何导电两个方面。
大量的实验研究结果表明,复合体系中导电填料的含量增加到某一临界含量时,体系的电阻率急剧降低,电阻率)导电填料含量曲线上出现一个狭窄的突变区域,见图1所示。
在此区域中,导电填料含量的任何细微变化均会导致电阻率的显著改变,这种现象通常称为/渗滤0现象,在突变区域之后,体系电阻率随导电填料含量的变化又恢复平缓。
Miyasaka等认为高分子树脂基体与导电填料之间的界面效应对复合体系中导电回路的形成具有很大的影响。
在复合型导电高分子材料的制备过程中,导电填料粒子的自由表面变成湿润的界面,形成聚合物)填料界面层,体系产生的界面能过剩,随着导电填料含量的增加,聚合物)填料的过剩界面能不断增大。
当体系过剩界面能达到一个与聚合物种类无关的普适常数之后,导电粒子开始形成导电网络,宏观上表现为体系的电阻率突降。
复合型导电高分子形成导电回路后导电主要取决于分布于高分子树脂基体中的导电填料的电子的传输。
通常导电填料加入聚合物基体中后,不可能真正达到均匀分布,因此总有部分导电粒子能够互相接触而形成链状导电通道,使复合材料导电;而另一部分导电粒子则以孤立粒子或小聚集体形式分布在绝缘的树脂基体中,基本上不参与导电。