复合型导电高分子资料
导电高分子复合材料
Conducting Polymers
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基本概念
导电高分子复合材料：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10-6S/m 以上的聚合物材料
按照材料的结构与组成，可将导电高分子分成两大类：
• 结构型（本征型）导电高分子 • 复合型 导电高分子
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导电高分子材料的研究进展
1980年，英国Durham大学的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。 1983年，加州理工学院的H.Grubbs以烷基钛配合物为催化剂将环 辛四烯转换了聚乙炔，其导电率达到35000 S/m，但是难以加工且 不稳定。 1987年，德国BASF科学家 N. Theophiou 对聚乙炔合成方法进行 了改良，得到的聚乙炔电导率与铜在同一数量级，达到107 S/m。
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导电高分子材料的导电机理
导电高分子材料的共同特征－交替的单键、双键共轭结构
聚乙炔由长链的碳分子以sp2键链接而成，每一个碳原
子有一个价电子未配对，且在垂直于sp2面上形成未配对键。 其电子云互相接触，会使得未配对电子很容易沿着长链移 动，实现导电能力。
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导电高分子材料的导电机理
导电高分子材料的掺杂途径： 氧化掺杂 (p-doping): [CH]n + 3x/2 I2 ——> [CH]nx+ + x I3还原掺杂 (n-doping): [CH]n + x Na ——> [CH]nx- + x Na+ 添补后的聚合物形成盐类，但产生电流的原因并不是 碘离子或钠离子而是共轭双键上的电子移动。
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几种典型的共轭聚合物
n
Polyacethylene (PA)
第三章--导电高分子材料
1、导电高分子材料（又称导电聚合物 ）
即具有聚合物特征，又具有导体性质的材料称
为导电高分子材料。
2、分类
复合型导电高分子材料
导电高分子材料： 本征型导电高分子材料 电子导电聚合物 本征型导电高分子材料 离子导电聚合物 （结构导电高分子材料） 氧化还原型导电聚合物
电化学聚合
在图3-6中，给出了共轭聚合物的可能合成路线。
1、直接法 ①、对于聚乙炔型：
乙炔及其衍生物 → 经气相聚合(无氧催化聚合)
→ 聚乙炔型电子导电聚合物。 ②、对于聚芳香烃或杂环： 早期用直接法合成，在该法中多采用氧化偶联聚 合法(缩聚反应)。如：
如：
直接法特点：
虽然比较简便，但是由于生成的聚合物溶解度
①、掺杂 指在聚合物材料中加入少量具有不同价态的第 二种物质或在电化学聚合过程中同时进行氧化或还 原反应，以改变聚合物半导体材料中空穴和自由电 子的分布状态。
掺杂目的： 为了在聚合物的空轨道中加入电子，或从占有
轨道中拉出电子，进而改变现有π 电子能带的能
级，出现能量居中的半充满能带，减小能带间的能
的长度是提高聚合物导电性能的重要手段之一。值
得指出的是，这里所指的是分子链的共轭长度，而 不是聚合物分子长度。
三、电子导电聚合物的制备方法 制备方法： 直接法--直接以单体为原料，一步合成大 化学聚合 共轭结构。 间接法--在得到聚合物（前体）后，需要 一个或多个转化步骤，在聚合物
链上生成共轭结构。
说明： ①、所生成的导电聚合物膜，已经被反应时采
用的电极电位所氧化(或还原)，即聚合同时完成了
所渭的“掺杂”过程。
②、所谓的“掺杂”过程只是使导电聚合物的
导电高分子复合材料的制备及性能研究
导电高分子复合材料的制备及性能研究近年来，随着电子技术和材料科学的飞速发展，导电高分子复合材料逐渐成为研究热点。
导电高分子复合材料以其优越的导电性能和良好的物理化学性能，被广泛应用于电子、能源和传感器等领域。
而其制备和性能研究成为当前材料科学研究的重点。
一、导电高分子复合材料的制备导电高分子复合材料的制备主要包括导电填料选择、制备方法和复合工艺等几个方面。
首先，导电填料的选择对于导电高分子复合材料的性能至关重要。
目前常用的导电填料有碳纳米管、碳黑、金属纳米线等。
其中，碳纳米管是一种理想的导电填料，其高导电率和优异的力学性能使其成为最佳选择。
其次，制备方法包括机械混合法、溶液浸渍法、原位聚合法等。
其中，机械混合法是一种简单易行且效果较好的方法，通过高速搅拌或研磨将导电填料与基体材料均匀混合。
最后，复合工艺可以通过压片、热压、注塑等方法将导电填料和基体材料固定在一起，并形成复合材料。
二、导电高分子复合材料的性能研究导电高分子复合材料的性能研究主要包括导电性能、力学性能和热稳定性等方面。
首先，导电性能是导电高分子复合材料最重要的性能之一。
通过实验测试发现，导电填料的形态、含量和分散性对导电性能有着明显影响。
在导电填料含量一定的情况下，导电性能随着填料形态的改变呈现不同的变化规律。
其次，导电高分子复合材料的力学性能直接影响其在实际应用中的可行性。
该复合材料的力学性能主要与基体材料的力学性能和导电填料的分散性有关。
最后，热稳定性是导电高分子复合材料在高温环境下应用的重要性能之一。
研究表明，导电填料的选择和复合工艺对导电高分子复合材料的热稳定性有着显著影响。
三、导电高分子复合材料的应用前景导电高分子复合材料由于其优异的导电性能和独特的物理化学性能，在电子、能源和传感器等领域具有广阔的应用前景。
首先，在电子领域，导电高分子复合材料可用于柔性显示器、导电墨水和透明导电膜等器件的制备。
其次，在能源领域，导电高分子复合材料可作为电池、超级电容器和光伏设备等的重要组成部分，提高器件的性能和可靠性。
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。
导电高分子材料介绍
导电高分子材料介绍导电高分子的研究始于20世纪70年代，因其诱人的应用前景而受到广泛重视，是目前国际上一个十分活跃的研究领域，对它的研究已从初期的纯实验室研究扩展到应用研究，已在能源、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领域得到了广泛应用。
导电高分子材料按结构和制备方法不同可分为结构型和复合型两大类。
结构型导电高分子又称本征型导电高分子，是指具有共轭结构经少量掺杂后具有导电性的材料；复合型导电高分子材料是以高分子材料为基体，经物理或化学改性后具有导电性的材料。
根据在基体聚合物中所加入导电物质的种类不同又分为填充复合型导电高分子材料和共混复合型导电高分子材料两类。
填充复合型导电高分子材料通常是在基体聚合物中加入导电填料复合而成。
共混复合型导电高分子材料是在基体聚合物中加入结构型导电聚合物粉末或颗粒复合而成[3]。
本文将主要介绍填充复合型导电高分子材料的导电机理、制备方法、影响导电性能的因素等的研究进展。
聚合物一直被认为是绝缘体，但是自从1976年，美国宾夕法尼亚大学的化学家MacDiarnfid领导的研究小组首次发现掺杂后的聚乙炔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，逐渐产生了导电高分子这门新兴学科。
在随后的研究中逐步发现了聚吡咯、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。
由于导电高分子材料作为新兴不可替代的基础有机材料之一，对导电高分子研究具有重大的理论价值和应用价值。
聚苯胺原料便宜，合成简便，耐高温及抗氧化性能良好，有较高的电导和潜在的溶液、熔融加工可能性。
具有易成膜且膜柔软、坚韧等优点和优良的电致变色性，在日用商品及高科技等方面有着广泛的应用前景。
因此聚苯胺已成为当今导电高分子研究的一个热点，在这十多年期间，国内外对聚苯胺的结构、特性、合成、掺杂及改性等方面进行了较为深入的研究。
目前，研究最广泛的导电聚合物包括PA、聚毗咯、聚噻吩和PAn，PA是人们发现最早的一个有机共轭导电聚合物，也是研究较多的导电聚合物，但南于其合成工艺、力学性能和稳定性等诸多因素的限制，人们对其研究兴趣逐渐减少，而后3种尤其是PAn由于原料易得、合成工艺简便、导电性和稳定性优良，倍受人们青睐，在应用研究方面已走到了前面，成为研究热点。
超高分子量聚乙烯复合材料的导电性能及应用前景
超高分子量聚乙烯复合材料的导电性能及应用前景超高分子量聚乙烯（UHMWPE）作为一种具有优异性能的高分子材料，具备高强度、高韧性、低摩擦系数、优异的化学稳定性等特点。
然而，由于UHMWPE本身属于绝缘材料，其导电性能较差，限制了其在某些领域的应用。
为了克服这一问题，人们通过添加导电材料制备了UHMWPE复合材料，以提高其导电性能。
本文将探讨UHMWPE复合材料的导电性能及应用前景。
一、UHMWPE复合材料的导电性能导电材料的添加可以有效提高UHMWPE材料的导电性能。
常见的导电材料包括碳纳米管、导电纤维、金属粉末等。
这些导电材料在UHMWPE中形成了连续的导电网络，从而提高了材料的导电性能。
此外，导电材料的添加还可以调控复合材料的导电性能，使其在不同领域具备不同的导电性能，适应多种应用需求。
二、UHMWPE复合材料的应用前景1. 静电消散材料由于UHMWPE具有良好的摩擦系数和低表面电阻，可以用于制备静电消散材料。
将导电材料掺入UHMWPE中，可以形成导电网络，从而提高材料的导电性能。
这种静电消散材料可以广泛应用于电子产品、防静电设备等领域，有效避免静电积聚引发的安全隐患。
2. 导电塑料制品通过在UHMWPE中添加导电材料，可以制备导电塑料制品。
这种导电塑料具有优异的导电性能和机械性能，可以广泛应用于电气设备、电子器件等领域。
例如，用导电UHMWPE制造的电线电缆外护套可以提高电缆的导电性能和机械强度，提高电线电缆的使用寿命和安全性。
3. 功能性复合材料导电UHMWPE可以与其他功能性材料复合，制备具有特殊功能的复合材料。
例如，将导电UHMWPE与磁性材料复合，可以制备用于电磁屏蔽的复合材料。
这种复合材料不仅具有优异的导电性能，还具备电磁屏蔽的功能，可广泛应用于电磁屏蔽材料、电子封装材料等领域。
4. 新能源领域应用导电UHMWPE在新能源领域也具有广阔的应用前景。
例如，利用导电UHMWPE制备的锂离子电池隔膜，可以提高电池的导电性能和稳定性，增强电池的循环寿命和安全性。
复合导电高分子材料
复合导电高分子材料复合导电高分子材料是指将导电剂与高分子基体进行复合，以提高材料的导电性能。
近年来，随着电子设备和能源存储领域的快速发展，对导电高分子材料的需求不断增加。
本文将从材料结构、制备方法和应用领域三个方面来介绍复合导电高分子材料的研究进展。
复合导电高分子材料的结构主要由导电剂和高分子基体组成。
常用的导电剂包括金属纳米颗粒、碳纳米管、导电聚合物等。
这些导电剂具有良好的导电性能和电子传输能力。
高分子基体可以选择聚合物、树脂等材料，以确保材料的柔韧性和可塑性。
通过导电剂和高分子基体之间的复合，可以形成具有导电性能的复合材料。
制备复合导电高分子材料的方法多种多样。
常见的方法包括溶液法、电刷法和热缩法等。
其中，溶液法是一种简单有效的方法。
通过将导电剂和高分子基体分散在溶剂中，形成均匀的溶液。
之后，通过溶剂的挥发和高分子的凝聚，可得到导电高分子材料。
电刷法是一种将导电剂有序排列在高分子链上的方法。
通过控制电极势差和电解液中的离子浓度，可以在电极表面制备出有序排列的导电高分子材料。
热缩法则是通过热压、热拉伸等方法使导电剂和高分子基体形成紧密结合的材料。
复合导电高分子材料广泛应用于电子设备和能源存储领域。
在电子设备方面，复合导电高分子材料可以作为柔性电子元件的材料。
相比传统的刚性材料，柔性材料能够适应各种形状和曲面，提供更便捷的使用体验。
导电高分子材料的柔韧性和导电性能使其成为柔性可穿戴设备、可弯曲屏幕等领域的理想选择。
在能源存储领域，复合导电高分子材料可用于制备超级电容器和锂离子电池等。
导电剂的加入可以提高电极的导电性能，从而增加电池储能容量和充放电效率。
尽管复合导电高分子材料在电子设备和能源存储领域具有广阔的应用前景，但还存在一些挑战需要克服。
首先，导电剂的添加会导致材料的机械强度下降，因此在材料设计中需要兼顾导电性和机械性能。
其次，导电剂与高分子基体的界面相互作用对材料的导电性能也有重要影响。
因此，研究人员需要进一步研究导电剂与高分子基体间的相互作用机制，以提高材料的导电性能。
导电高分子材料
导电高分子材料专业班级：材料43学生姓名：王宏辉学号：2140201060完成时间：2017年3月29日导电高分子材料导电高分子材料一类具有导电功能（包括半导电性、金属导电性和超导电性）、电导率在10-6S／m以上的聚合物材料。
导电高分子材料分类：导电高分子可分为复合型导电高聚物和构型导电聚合物。
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。
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。
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(IoIlic Conductive Polymers)通常又叫高分子固体电解质(S0lid Polymer Electrolytes，简称SPE)，其导电时的载流子主要是离子。
电子型导电高分子(10nic Electrically conductive Polymers)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。
导电机理：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。
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)大分子链内和链闻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”)。
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易形成串晶互锁结 构，提高力学性能
减小分散相粒子尺 寸及粒径分布，降低 熔体表观粘度
形成具有增强作用 的三维微纤网络结构
提高聚合物综合性能
应用进展
电子工业 建筑工业 航空军事工业
防止电磁污染
电能转换热能
密度小
电波屏蔽器等
建筑表面涂料等
防锈型导电高分子材料
主要内容
概述 导电机理 导电填料 聚合物 聚合物形态控制 应用进展
概述
结构型导电高分子
缺点：工艺复 杂成本较高 扩大导电高分 子应用范围
通用塑料导电化 改进方法 导电无机粒子 填充 填充复合导电高分子
亲水/结构型导电高分子
共混 共混复合导电高分子
概述
聚合物
• 聚合物的选择对导电复合材料的综合性能影响很大。 • 1、相对分子质量
过小
相对分子质量
过大
粒子间树脂膜 厚度增加
复合物骨架强度低
复合物韧性下降
影响物理性能
影响导电性
聚合物
• 2、表面张力
表面张力大 对填料亲和力大 临界体积分数上升
• 3、结晶度
结晶度增大 导电能力增加
• 半结晶聚合物用以达到形成导电网络的临界体积分数比无 定形聚合物的低得多。
聚合物
• 4、主链柔顺性
严重脆化 力学性能降低
刚性大
形成导电通路
导电性能增强
聚合物形态控制
熔体振动成型 超声振动成型 原位微纤化
对聚合物熔体施加 周期性的剪切应力或 拉伸应力
在口模端对聚合物 熔体施加超声振动场
聚合物共混中施加 剪切应力或拉伸应力
聚合物形态控制
使聚合物分子量高 度取向 提高分子链活性及 改善熔体流变性能 分散相粒子由球状 变为纤维状
导电机理
• 复合型导电高分子材料的导电方式属于电子传导型。导电 填料相互接触形成网链, 从而使其导电。
导电机理
干燥前, 在树脂中的导电 填料处于独立状态, 不相 接触, 材料处于绝缘状态 如下图所示。 干燥后, 树脂不断收缩, 达 到一定程度后, 导电填料 相互连接成网链, 使材料 显示电性如下图所示。
• 碳系导电填料
• 金属及金属氧化物系填料
聚合物
基体材料
聚合物作用 固定填料 粘结体
连续相
目前, 应用较多的合成树脂有丙烯酸树脂、聚氨 酯、醇酸树脂、环氧树脂等。 近年来随着聚合物共混及互穿网络技术的发展, 许多性能优良的改性聚合物被应用于复合体系。如丙 烯酸-环氧树脂、聚氨酯-环氧树脂、丙烯酸-醇酸树脂 体系等。
导电机理
导电机理
宏观 电阻率-填料 浓度关系 微观 量子力学
渗流理论
隧道理论
渗流理论
当粒子的含量达到某 一特定值时, 复合材料的 电阻率剧减。 其变化是 相变型的。 可以认为在这一点粒 子开始形成链。电导率突 变的点被称为渗滤阈值。
隧道效应
• 根据研究结果建立了导电粒子接触状态的等效电路。
导电填料