导电聚合物的研究进展
有机导电聚合物研究进展a
有机导电聚合物研究进展1 导电聚合物各种人造聚合物俗称为塑料或化纤，天然聚合物主要有蛋白质和树脂等。
上述有机固体通常是绝缘体，而增强它们的电导率是一个非常吸引人的研究领域。
因为这类材料成本低廉、重量轻，更重要的是，可以把聚合物的可塑以及柔韧等优良机械特性与通常只有金属才具备的高电导特性结合在一起，从而将应用范围大大拓宽。
1977年，白川英树在一次聚乙炔合成的实验中，意外地加入了过多的催化剂(齐格勒—纳塔催化剂，以1963年诺贝尔化学奖得主Ziegler 和Natta命名，其作用是定向催化——用于严格控制聚合物的空间结构)。
不料，在反应器中生成了一种光亮的反式聚乙炔薄膜。
如果将薄膜暴露于卤族Br2或I2蒸汽，生成物的电导率可以提高1012倍[1]，从此有机物不能导电的观念被打破。
2000 年度诺贝尔化学奖授予了三位致力于导电聚合物研究的科学家，他们是美国物理学家艾伦·黑格（Alan Heeger）、化学家艾伦·麦克迪尔米德（Alan MacDiarmid ）和日本化学家白川英树（Hideki Shirakawa ）。
这是对导电聚合物研究的充分肯定。
导电聚合物根据材料的组成可以分成复合型导电聚合物材料和本征型导电聚合物材料两大类[2－4]。
复合型导电聚合物材料是由普通高分子结构材料与金属或碳等导电材料，通过分散、层合、梯度复合、表面镀层等复合方式构成。
其导电作用主要通过其中的导电材料来完成。
本征型导电聚合物材料也被称为结构型导电聚合物材料，其高分子本身具备一定的导电能力，这种导电聚合物如果按其结构特征和导电机理还可以进一步分成：载流子为自由电子的电子导电型聚合物和载流子为能在聚合物分子间迁移的正负离子的离子导电型聚合物。
在电子导电聚合物的导电过程中，载流子在电场的作用下能够在聚合物内定向移动形成电流。
电子导电聚合物的共同结构特征是分子内有大的线性共轭π电子体系，给自由电子提供了离域迁移条件，故又称为共轭聚合物。
新型导电聚合物的研究现状
新型导电聚合物的研究现状导电聚合物是指可导电的高分子材料，其电导率高达金属的水平，这让其在电子材料领域有了广泛的应用。
目前，广泛应用于电子学和电气工程的导电聚合物包括：聚苯胺（PANI）、聚噻吩（PTh）、聚咔唑（PCz）和聚杂环（PEDOT）等。
然而，这些导电聚合物仍然存在很多局限性，例如电导率、机械强度和化学稳定性。
为了解决这些问题，科学家们开始研究新型导电聚合物，并开发了很多创新性的材料。
本文将介绍新型导电聚合物的研究现状。
1. 碳基导电聚合物碳基导电聚合物是一种新型导电聚合物。
因为碳是可再生、易加工的材料，所以碳基导电聚合物是被广泛研究和开发的。
碳基导电聚合物具有很高的机械性能和化学稳定性，并且能够在液态体系中制备。
碳纳米管和石墨烯也被用于制备碳基导电聚合物。
其中，石墨烯的机械稳定性和热稳定性更高，因此有可能成为未来导电聚合物的重要组成部分。
2. 离子型导电聚合物离子型导电聚合物是一类以离子为基础的高分子材料。
其电导率主要由附属的离子对电子进行传导来实现。
这种类型的材料在生物医学、能量存储和传感器等领域也有较广的应用。
目前，离子型导电聚合物的研究主要集中于优化材料的电荷传导性和光电转换率。
3. 生物可降解导电聚合物生物可降解导电聚合物是一种具有生物可降解性的导电高分子材料。
这种类型的材料可以在进行医学和生物领域的研究时起到很好的协助作用。
生物可降解导电聚合物具有很高的生物相容性，并且可以被生物体内的酶和水分解。
其应用范围十分广泛，包括人工器官、药物缓释、生物传感器和组织工程等领域。
4. 功能性凝胶导电聚合物功能性凝胶导电聚合物是一种具有凝胶属性的导电聚合物材料。
它们通过交联具有导电能力的高分子以形成凝胶状态，并且能够吸附或释放小分子，在羟基和二氧化硅凝胶中的离子的扩散。
这种类型的材料应用于传感器领域中，作为敏感度较高的生物传感器材料。
5. 金属有机框架导电聚合物金属有机框架导电聚合物（MOF）是由金属离子和有机配体形成的网状结构。
高性能导电聚合物的研究进展
高性能导电聚合物的研究进展高性能导电聚合物可是个相当厉害的东西，在当今的科技领域里，那是相当受关注！先来说说啥是导电聚合物。
简单点讲，就是一些具有导电性能的高分子材料。
这可不像咱们平时常见的金属导线那样，它们是由一些大分子组成的，却能神奇地让电流通过。
就拿聚苯胺来说吧，这可是导电聚合物里的“明星选手”。
我曾经在实验室里，专门研究过聚苯胺的特性。
记得有一次，为了得到纯净的聚苯胺样品，我和团队小伙伴们可是费了好大的劲。
从各种原材料的筛选，到反应条件的精确控制，每一个环节都不能马虎。
我们整天泡在实验室里，眼睛紧紧盯着那些仪器和反应瓶，就像守护宝贝一样。
有时候反应进行得不太顺利，大家就一起讨论，分析问题出在哪儿。
那几天，实验室里弥漫着紧张又期待的气氛。
终于，经过无数次的尝试和改进，我们成功地合成出了具有出色导电性能的聚苯胺。
那一刻，大家的兴奋劲儿简直没法形容，感觉之前所有的辛苦都值了！再来说说聚吡咯，这也是一种很有潜力的导电聚合物。
它的导电性能也相当不错，而且在一些特定的环境下，表现得更加稳定。
高性能导电聚合物的应用那可真是广泛得很。
比如说在电子设备里，它们可以用来制作更轻薄、更灵活的电路。
想象一下，未来的手机可能不再是现在这种硬邦邦的样子，而是可以像纸一样随意折叠，这可多亏了高性能导电聚合物的功劳。
在能源领域，它们也能大显身手。
比如说制作超级电容器，能够快速地存储和释放电能，让我们的电动汽车充电更快，跑得更远。
还有在传感器方面，高性能导电聚合物能够敏锐地感知环境中的微小变化，就像一个超级灵敏的“鼻子”，可以检测到各种物质的存在。
不过，高性能导电聚合物的研究也不是一帆风顺的。
在实际应用中，还存在一些问题需要解决。
比如说，它们的稳定性还有待提高，长期使用后导电性能可能会下降。
但科研人员们可没有被这些困难吓倒，大家都在努力攻克这些难题。
我相信，在不久的将来，高性能导电聚合物一定会给我们的生活带来更多的惊喜和便利。
导电聚合物材料在生物医学中的应用研究
导电聚合物材料在生物医学中的应用研究随着科技的不断发展，医学领域也在不断创新和进步。
近年来，导电聚合物材料在生物医学领域中越来越受到广泛关注。
它们具有许多独特的物理、化学性质，可以帮助医学研究者们在药物递送、组织再生等领域中取得重大进展。
一、导电聚合物材料的基础知识导电聚合物材料具有导电性，其基础成分主要包括聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯并咪唑等。
在导电聚合物材料中，通常会掺杂一些导电性较强的化合物，如碳纳米管、石墨烯等，以便增加材料的导电能力。
导电聚合物材料具有非常良好的可塑性、可降解性、生物相容性等特点，因此在生物医学领域的应用有着广阔的前景。
二、导电聚合物材料在药物递送中的应用研究药物递送是一项非常重要的医学工作，通过递送药物，可以在人体组织内达到治疗效果。
目前，许多药物的递送方式是经过手术切割，直接将药物注射或输液给病人。
但是这种方式不仅有操作难度大的缺点，也不够精确，可能会导致药物过量给病人带来不必要的风险。
因此，导电聚合物材料在药物递送中的应用就应运而生。
导电聚合物材料的导电性、可塑性和可降解性可以用来制造药物递送装置。
利用这些材料，我们可以制造出一些微型递送器，在组织水平上直接将药物释放到病人体内，可以制造一些高效的微观递送装置，如纳米材料等。
这些装置在制造过程中可以添加一些特殊的纳米颗粒，可以帮助药物更有效地进入到人体内，从而增加治疗效果，减少不必要的药物副作用。
三、导电聚合物材料在组织再生中的应用研究导电聚合物材料在组织再生过程中也能发挥出优良的作用。
在二维细胞培养时，导电聚合物材料可以用来制造一些导电性的补片，帮助实现微环境的控制和精细化。
同时，导电聚合物材料的导电性可以用来诱导细胞分化、增殖、迁移等生物学过程的调控。
在三维细胞培养中，导电聚合物材料也可以用来作为支持材料，协助实现组组织在不同方向上的再生。
利用导电聚合物材料制造的3-D组织再生材料，在孔隙度、孔径大小以及导电性等方面均具有独特的优势，能够提高人工组织再生一系列的实用性能。
导电聚合物材料的制备与应用研究
导电聚合物材料的制备与应用研究导电聚合物材料是一种特殊的功能性材料，具有良好的导电性能和机械性能，同时还具有化学稳定性、光学稳定性、耐热性等多种性能。
因此，在现代科技领域的许多应用中，导电聚合物材料的应用越来越广泛，如柔性触摸屏、聚合物太阳能电池、导电性涂料等。
本文将讲述导电聚合物材料的制备与应用研究。
一、导电聚合物材料的种类及发展历程导电聚合物材料是一类聚合物基础上耦合了导电基团的新型高分子材料，主要包括聚苯胺（PANI）、聚噻吩（PTh）、聚丙烯腈（PAN）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）等。
其中，聚苯胺是一种具有丰富化学结构和良好导电性的导电聚合物材料。
最早由高斯曼和石川等人在 1963 年合成，并开发出电导率较高的氧化聚苯胺（PANI）。
在导电聚合物材料的发展历程中，从单一的材料结构到复合材料的演变，均对材料性能产生了重大影响。
研究表明，通过共聚合、复合等手段，可以有效提高导电聚合物材料的机械性能、导电性能、耐热性等性能。
二、导电聚合物材料的制备方法导电聚合物材料的制备方法有多种，主要包括化学氧化聚合法、电化学氧化聚合法、复合聚合法、界面聚合法等。
其中，化学氧化聚合法最为普遍和常用，具体步骤如下：1. 将苯胺等单体物质与氧化剂一起加入到适量的溶剂中；2. 搅拌均匀，使单体彻底溶解在溶剂中；3. 在一定氧化条件下，使得单体中的苯环部分被氧化成为离子，并形成聚合链；4. 过滤、洗涤、干燥、粉碎等工序，制备得到相应的导电聚合物材料。
三、导电聚合物材料的应用研究1. 柔性触摸屏技术随着信息技术的不断发展和进步，人们对电子产品的使用越来越高，而作为各种电子产品的基础技术之一的触摸屏技术，也日渐普及。
传统的触摸屏主要由ITO 薄膜、玻璃基板等材料组成，而这些材料如果使用过程中不能承受太大的弯曲、拉伸等因素的影响，会出现压力不均、容易碎裂等问题。
因此，柔性触摸屏面世就成为了人们关注的焦点。
与传统触摸屏不同的是，柔性触摸屏具有柔性、可弯曲的特点，这得益于其导电聚合物材料的特性。
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。
导电聚合物的制备和应用研究
导电聚合物的制备和应用研究导电聚合物是一种具有导电性能的高分子材料，因其独特的性质，在生物医学领域、微电子技术等方面得到了广泛的应用。
本文将探讨导电聚合物的制备方法以及应用研究进展。
一、导电聚合物的制备方法导电聚合物的制备方法多种多样，常见的方法有电化学聚合法、化学氧化还原法、电磁场聚合法以及模板合成法。
1、电化学聚合法电化学聚合法是一种通过电化学反应促进聚合物形成的方法，包括阴极聚合和阳极聚合两种。
其中，阳极聚合法是应用较广泛的一种方法。
在阳极上加电位，使得单体在阳极上聚合，形成导电聚合物。
以聚噻吩为例，其电化学聚合反应如下：2、化学氧化还原法化学氧化还原法是通过还原剂和氧化剂对聚合物进行反应，使得聚合物发生氧化或还原反应，从而形成导电聚合物。
其中最常用的产生氧化反应的还原剂有FeCl3、Ascorbic Acid、Peroxodisulphate，产生还原反应的氧化剂有Br2、KMnO4、NaNO2等。
以聚苯胺产生氧化反应为例，其化学氧化还原反应如下：3、电磁场聚合法电磁场聚合法是一个利用外加电磁场增强聚合反应的方法，包括辐射聚合和激发态聚合两种。
其中，辐射聚合的电磁场包括紫外线、电子束和γ射线等，激发态聚合的电磁场包括光、激光等。
以聚丙烯为例，其电磁场聚合反应如下：4、模板合成法模板合成法是一种通过模板作用使得聚合物成形的方法。
具体流程包括：将模板与希望聚合成形的单体在一起，使模板作用下单体形成聚合物，并去除模板后获得有规则的聚合物构型。
以上便是导电聚合物常见的制备方法，可以根据不同情况选择不同的方法。
二、导电聚合物的应用研究进展1、生物医学领域导电聚合物在生物医学领域中的应用以及研究较为广泛，用于生物传感器、组织工程、神经再生等方面的研究。
生物传感器利用导电聚合物的电导率，对分子或细胞进行检测。
组织工程中导电聚合物可以制成功能性细胞载体，协助细胞新生和组织修复。
神经再生方面则通过导电聚合物的导电性能，促进神经元的再生和修复。
导电聚合物的研究与应用
导电聚合物的研究与应用导电聚合物是一类独特的聚合物材料，其具有优异的导电性能，广泛应用于人们的生活中。
近年来，随着科技的不断发展和人们对高科技新材料的需求不断增加，导电聚合物也日渐成为研究热点，并在多个领域得到应用。
一、导电聚合物的分类及基本结构导电聚合物可分为高分子导体、锂离子导体和质子导体等几类。
其中，高分子导体的电子是由具有半导体性质的聚合物长链分子承载的，其常见的聚合物有聚苯胺、聚乙炔和聚噻吩等。
而锂离子导体和质子导体则是一类将金属离子或质子嵌入到聚合物中的新型电解质。
这些材料的导电性能取决于聚合物结构、离子成键、空间排布等因素。
二、导电聚合物的研究进展及应用1. 能源存储随着全球发展日益增长，能源短缺问题日益严峻，研究高性能电池材料已成为科学家们的必修课。
导电聚合物在电池领域的应用已经展现出了其强大的发展潜力。
其中，锂离子电池是目前最常见的电池之一，而锂离子导体因其高离子导电性能和良好的化学稳定性受到了广泛关注。
聚吡咯是一种锂离子导体材料，其在电池正负极材料、电解质等领域均有较好的应用前景。
2. 传感器导电聚合物的导电性质特别适合用于制作传感器。
当导电聚合物受到物理、化学或生物诱导时，其电子结构及导电性能会发生变化。
利用这一性质，可以制造出高灵敏度、高选择性、高响应速度的传感器，实现对目标物的高精度检测。
聚苯胺、聚噻吩等导电聚合物用于有机电化学传感器、化学气体传感器、生物传感器等方面均有应用。
3. 智能材料导电聚合物还可以应用于智能材料领域，如智能软体材料、光电磁传感器等。
由于其良好的柔性和可塑性，在人工肌肉、太阳能电池、可穿戴电子设备等领域都有广泛应用。
例如，导电聚合物在智能材料领域的应用中，通过控制其结构与电化学行为，不仅可以实现形状改变，还可以感知周围环境，并根据环境变化的需求进行适应性调整，大大拓展了导电聚合物的应用范围。
三、导电聚合物的未来展望导电聚合物作为一类有着广泛应用前景的新型材料，其研究与应用前景十分广泛。
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导电聚合物的研究进展宫兆合 梁国正 卢婷利 鹿海军(西北工业大学 西安 710072)摘要: 本文较为系统地阐述了导电聚合物的导电机理、研究方法、制备方法及应用前景。
关键词: 聚合物 导电性 复合材料1 前 言高分子一直被视为绝缘材料,直到20世纪70年代才发现高分子具有导电功能。
从此聚合物导电性能的研究成了热门领域,并取得了较大的进展。
瑞典皇家科学院宣布了2000年诺贝尔化学奖的得主—日本筑波大学白川英树(Shirakawa H.)、美国宾夕法尼亚大学艾伦・马克迪尔米德(Macdiarmid A.G.)和美国加利福尼亚大学的艾伦・黑格尔(HeegerA.J.),以表彰他们在导电聚合物这一新兴领域所做的开创性工作。
可见导电聚合物研究的重要性。
导电聚合物材料可以分为结构型和复合型两大类。
结构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。
结构型导电聚合物根据其导电机理的不同又可分为:载流子为自由电子的电子导电聚合物;载流子为能在聚合物分子间迁移的正负离子的离子导电聚合物;以氧化还原反应为电子转移机理的氧化还原型导电聚合物。
在导电聚合物众多物理和化学性能中,电化学性质(如化学活性、氧化还原可逆性、离子掺杂/脱掺杂机制)以及稳定性是决定其许多应用成功与否的关键,因此倍受人们的关注,也是研究的热点课题之一。
目前,研究导电聚合物的结构和性能的方法主要有以下几种:循环伏安法、暂态电流法、电导测量法、电化学阻抗普法、电化学石英晶体微天平法、光谱法、型貌法。
2 导电聚合物的导电机理结构型导电聚合物与复合型导电聚合物的导电机理是不同的,下面就各种聚合物导电机理进行说明。
2.1 复合型导电聚合物的导电机理导电聚合物复合材料,有二种,①在基体聚合物中填充各种导电填料;②将结构型导电聚合物或亲水性聚合物与基体聚合物的共混。
导电聚合物复合材料的导电机理比较复杂,通常包括导电通道、隧道效应和场致发射三种机理,复合材料的导电性能是这三种导电机理作用的结果。
在填料用量少、外加电压较低时,由于填料粒子间距较大,形成导电通道的几率较小,这时隧道效应起主要作用;在填料用量少、但外加电压较高时,场致发射机理变得显著;而随着填料填充量的增加,粒子间距相应缩小,则形成链状导电通道的几率增大,这时导电通道机理的作用更为明显。
2.2 结构型聚合物的导电机理结构性导电聚合物根据其导电机理的不同可分为自由电子的电子导电聚合物;离子导电聚合物;氧化还原型导电聚合物。
(1)电子导电聚合物的导电机理及特点在电子导电聚合物的导电过程中,载流子是聚合物中的自由电子或空穴,导电过程中载流子在电场的作用下能够在聚合物内定向移动形成电流。
电子导电聚合物的共同结构特征是分子内有大的线性共轭π电子体系,给自由电子提供了离域迁移条件。
作为有机材料,聚合物是以分子形态存在的,其电子多为定域电子或具有有限离域能力的电子。
π电子虽然具有离域能力,但它并不是自由电子。
当有机化合物具有共轭结构时,π电子体系增大,电子的离域性增强,可移动范围增大。
当共轭结构达到足够大时,化合物即可提供自由电子,具有了导电功能。
纯净或未“掺杂”上述聚合物分子中各π健分子轨道之间还存在着一定的能级差。
而在电场作用下,电子在聚合物内部迁移必须跨越这一能级,这一能级差的存在造成π电子还不能在共轭聚合中完全自由跨越移动。
掺杂的目的都是为了在聚合物的空轨道中加入电子,或从占有的轨道中拉出电子,进而542003年第1期玻璃钢/复合材料FRP/CM 20031No.1改变现有π电子能带的能级,出现能量居中的半充满能带,减小能带间的能量差,使得自由电子或空穴迁移时的阻碍力减小因而导电能力大大提高。
掺杂的方法目前有化学掺杂和物理掺杂。
电子导电聚合物的导电性能受掺杂剂、掺杂量、温度、聚合物分子中共轭链的长度的影响。
(2)离子型导电聚合物的导电机理以正负离子为载流子的导电聚合物被称为离子型导电聚合物。
解释其导电机理的理论中比较受大家认同的有非晶区扩散传导离子导电理论、离子导电聚合物自由体积理论和无须亚晶格离子的传输机理等理论。
固体离子导电的两个先决条件是具有能定向移动的离子和具有对离子溶和能力。
研究导电高分子材料也必须满足以上两个条件,即含有并允许体积相对较大的离子在其中“扩散运动”;聚合物对离子具有一定的“溶解作用”。
非晶区扩散传导离子导电理论认为如同玻璃等无机非晶态物质一样,非晶态的聚合物也有一个玻璃化转变温度。
在玻璃化温度以下时,聚合物主要呈固体晶体性质,但在此温度以上,聚合物的物理性质发生了显著变化,类似于高粘度液体,有一定的流动性。
因此,当聚合物中有小分子离子时,在电场的作用下,该离子受到一个定向力,可以在聚合物内发生一定程度的定向扩散运动,因此,具有导电性,呈现出电解质的性质。
随着温度的提高,聚合物的流动性愈显突出,导电能力也得到提高,但机械强度有所下降。
离子导电聚合物自由体积理论认为,虽然在玻璃化转变温度以上时,聚合物呈现某种程度的“液体”性质,但是聚合物分子的巨大体积和分子间力使聚合物中的离子仍不能像在液体中那样自由扩散运动,聚合物本身呈现的仅仅是某种粘弹性,而不是液体的流动性。
在一定温度下聚合物分子要发生一定振幅的振动。
其振动能量足以抗衡来自周围的静压力,在分子周围建立起一个小的空间来满足分子振动的需要。
来源于每个聚合分子热振动形成小空间满足分子振动的需要。
当振动能量足够大,自由体积可能会超过离子本身体积。
在这种情况下,聚合物中的离子可能发生位置互换而发生移动。
如果施加电场力,离子的运动将是定向的。
离子导电聚合物的导电能力与玻璃化转变温度及溶剂能力等有着一定的关系。
(3)氧化还原型导电聚合物。
这类聚合物的侧链上常带有可以进行可逆氧化还原反应的活性基团,有时聚合物骨架本身也具有可逆氧化还原反应能力。
导电机理为:当电极电位达到聚合物中活性基团的还原电位(或氧化电位)时,靠近电极的活性基团首先被还原(或氧化),从电极得到(或失去)一个电子,生成的还原态(或氧化态)基团可以通过同样的还原反应(氧化反应)将得到的电子再传给相邻的基团,自己则等待下一次反应。
如此重复,直到将电子传送到另一侧电极,完成电子的定向移动。
3 导电聚合物的制备3.1 复合型导电聚合物的制备方法填充型导电聚合物复合材料通常是将不同性能的无机导电填料掺入到基体聚合物中,经过分散复合或层积复合等成型加工方法而制得。
目前研究和应用较多的是由炭黑颗粒和金属纤维填充制成的导电聚合物复合材料。
共混型导电聚合物复合材料是将结构型导电聚合物或亲水性聚合物与基体聚合物共混,可以得到既有一定导电性或永久抗静电性能,又具有良好力学性能的复合材料。
结构型导电聚合物共混物技术是采用机械共混或化学方法制备导电聚合物复合材料,这也是结构型导电聚合物走向实用化的有效途径之一。
机械共混是制备聚合物合金及复合材料的常用方法。
结构型导电聚合物与基体聚合物同时放入共混装置,然后在一定条件下混合成型,便可获得具有多相结构特征的导电聚合物复合材料。
它的导电性能由导电聚合物的“渗流途径”决定。
一般当导电聚合物含量为2～3%时,体积电阻率约为10-7～10-9Ω・cm,因此可以作为抗静电材料使用。
具有互穿网络或部分互穿网络结构的导电聚合物复合材料可以用化学法或电化学法来实现。
化学法制备的基本原理是基于某些结构型导电聚合物单体可在FeCl3或CuCl2等氧化剂作用下进行氧化缩聚。
即先将单体或氧化剂预浸到基体聚合物上,然后在气相或液相条件下进行氧化聚合反应。
利用这一方法已经得到了PAN/聚甲醛(POM)、聚吡略(PPY)/聚(乙烯接枝磺化苯乙烯)、PPY/PI等导电聚合物复合材料。
它们的不足之处是电导率相对较低。
3.2 电子导电聚合物的制备方法聚乙炔(PA)研究最早,也比较系统,是迄今为止实测导电率最高的电子聚合物。
它的聚合方法比642003年1月导电聚合物的研究进展FRP/CM 20031No.1较有影响的有白川英树方法、Naarman方法、Durham方法和稀土催化体系。
白川英树采用高浓度的Ziegerl-Natta催化剂,由气相乙炔出发,直接制备出自支撑的具有金属光泽的聚乙炔膜;在取向了的液晶基础上成膜,PA膜也高度取向。
Naarman 方法的特点是对聚合催化剂进行了“高温陈化”,因而聚合物理学性质和稳定性有明显的改善,高倍拉伸后具有很高得导电率。
MacDiarmid于1983年发现聚苯胺(PAN)与碱的反应,实际上就是掺杂-反掺杂反应。
由于原料廉价、合成容易、稳定性好,很快成为导电高分子研究的热点之一。
聚吡咯(PP Y)很容易电化学聚合,形成致密薄膜。
其导电率高达100S/cm数量级,仅次于聚乙炔和聚苯胺,稳定性比聚乙炔好。
吡咯在酸性溶液中即可电化学聚合,其中的酸可以是盐酸、硝酸、硫酸、高氯酸等无机酸,也可是对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸等有机酸。
聚合电极可以是Pt、Pd等贵金属或不锈钢、解热碳等。
聚合溶液中的支持电解质可以是KCl等。
噻吩与吡咯结构相似,都是五元杂环。
用S原子代替N H之后,仍然存在孤对的P电子参与共轭,却没了活泼的H,因而聚噻吩(PTH)的聚合物的和掺杂性与聚吡咯基本相似。
值得一提的是我国南京大学学者薛奇和石高全做的工作。
他们用中等酸度的Lewis酸做溶剂,利用溶剂和噻吩间的络合以及噻吩环π电子于金属电极的配位作用,制成的分子链定向排列、高分子量、碓砌致密的聚噻吩薄膜。
其拉伸强度超过普通铝箔,薄膜厚度方向和平面方向的导电率相差上万倍。
聚对苯(PPP)是早就制备成功的共轭高分子,但因为不能加工,一直未得到重视。
出现聚乙炔导电的概念之后,开始想到PPP。
人们采用可溶性前体的方法来解决PPP的加工问题。
3.3 离子型导电聚合物的制备离子导电聚合物主要有以下几类:聚醚、聚酯和聚亚胺。
分别是聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚癸二酸乙二醇、聚乙二醇亚胺等。
聚环氧类聚合物是最常用的聚醚型离子化合物,主要以环氧乙烷和环氧丙烷为原料。
在环氧化合物开环聚合过程中,由于起始试剂的酸性和引发剂活性的不同,引发、增长、交换(导致短链产物)反应的相对速率不同,对聚合物速率和产品分子量的分布造成复杂的影响。
环丙烷的阴离子聚合反应存在着向单链转移现象,导致生成的聚合物分子量下降,对此常采用阴离子配位聚合反应制备聚环丙烷。
聚酯和聚酰胺是另一类常见的离子导电聚合物,其中乙二醇的聚酯一般由缩聚反应制备。
采用二元酸和二元醇进行聚合得到的是线型聚合物,生成的聚合物柔性较大,玻璃化转变温度较低,适合于作为聚合电解质使用。