导电高分子
导电高分子材料
什么是导电高分子的掺杂呢？
纯净的导电聚合物本身并不导电，必须经过掺 杂才具备导电性
掺杂是将部分电子从聚合物分子链中迁移出来 从而使得电导率由绝缘体级别跃迁至导体级别 的一种处理过程
导电聚合物的掺杂与无机半导体的掺杂完全不 同
导电高分子的掺杂与无机半导体的掺杂的对比
目前掺杂的方式主要有两种 ：
氧化还原掺杂 ：可通过化学或电化学手段来实现 。化学 掺杂会受到磁场的影响
遗憾的是目前为止还没有发现外加磁场对聚合物的室温电 导率有明显的影响
质子酸掺杂 ：一般通过化学反应来完成，近年发现也可 通过光诱导施放质子的方法来完成
还有掺杂—脱掺杂—再掺杂的反复处理方法，这种掺杂方 法可以得到比一般方法更高的电导率和聚合物稳定性
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导电机理与结构特征
④π价电子 两个成键原子中p电子相互重叠后产生 π键，构成π键的电子称为π价电子。当π电子孤立 存在时这种电子具有有限离域性，电子在两个原 子之间可以在较大范围内移动。当两个π键通过一 个σ键连接时，π电子可以在两个π键之间移动，这 种分子结构称为共轭π键。
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导电机理与结构特征
利用导电高分子与金属线圈当电极，半导体高分子在中间，当两电 极接上电源时，半导体高分子将会开始发光。比传统的灯泡更节省能源 而且产生较少的热，具体应用包括平面电视机屏幕、交通信息标志等。
导电高分子材料的应用
半导体特性的应用－太阳能电池
导电高分子可制成太阳电池，结 构与发光二极管相近，但机制却相反 ，它是将光能转换成电能。 优势在于 廉价的制备成本，迅速的制备工艺， 具有塑料的拉伸性、弹性和柔韧性 。
导电高分子材料的应用
导体特性的应用
抗静电 理想的电磁屏蔽材料，可以应用在计算机、电视机、起搏器等 电磁波遮蔽涂布 能够吸收微波，因此可以做隐身飞机的涂料 防蚀涂料 能够防腐蚀，可以用在火箭、船舶、石油管道等
导电高分子
. 氧化
I2
A
阳离子自由基（极化子）
还原
Li
Li+
阴离子自由基（极化子）
p-型导电体 n-型导电体
导电聚合物掺杂的特点
b) 从物理角度看，掺杂是反离子嵌入的过程， 即为了保持电中性，掺杂伴随着阳离子/阴 离子进入高聚物体系，同时，反离子也可以 脱离高聚物链 — 脱掺杂。
c) 掺杂和脱掺杂是一个可逆过程，这在二次电 池的应用上极为重要；
CH
CH
AlEt 3/Ti(OBu) 4 Toluene
CH CH n
电化学聚合：聚吡咯 Poly(Pyrrole)
阳极氧化
自由基偶合
-e N
. N
H
H
脱质子 - H+
H N N H
H N N H
Poly(Pyrrole)
5、研究导电聚合物的意义
a) 理论意义 导电聚乙炔的发现从结构上在高分子与 金属之间架起了一座桥梁。
特点：制备简单、成本较低
4. 导电高分子的特点
石英
金刚烷
导电聚合物
未经掺杂
经掺杂
Pt
PE Si
Ge
Bi Cu
石墨
10-18 10-16 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 10 102 104 106
(S/cm)
几种材料电导率的比较
属于分子导电物质（金属导电体：金属晶体导电物质） 通过掺杂，电导率变化范围宽广（10-9~105 S/cm） 具有颗粒或纤维结构的微观形貌。颗粒或纤维本身具 有金属特性，而它被绝缘的空气所隔绝，成为“导电 孤岛” 具有良好的物理、化学特性：较高的室温电导率、可 逆的氧化-还原特性、掺杂时伴随颜色变化、大的三阶 非线性光学系数等。
导电高分子材料
导电高分子材料引言导电高分子材料是一类具有导电性能的高分子材料，通常通过将一定量的导电剂与高分子基体进行混合来实现。
导电高分子材料具有许多独特的性能和应用，因此在电子学、能源技术、催化剂等领域有着广泛的应用和巨大的发展潜力。
1. 导电机制导电高分子材料的导电性能主要来源于导电剂的存在。
常见的导电剂包括金属粉末、碳纳米管、导电聚合物等。
这些导电剂在高分子基体中形成导电网络，使得材料能够传导电流。
导电高分子材料的导电性能与导电剂的种类、含量、分散性以及高分子基体的性质密切相关。
2. 特殊性能与应用导电高分子材料具有许多特殊的性能，使得其在多个领域具有广泛的应用。
2.1 电子学领域导电高分子材料在电子学领域有着重要的应用，例如导电高分子材料可以用于制备有机导电薄膜晶体管（OFET），用于构建柔性显示器、智能传感器和可穿戴设备等。
导电高分子材料不仅具有良好的导电性能，还具有优秀的可拉伸性和柔韧性，能够适应各种复杂的电子设备形状。
2.2 能源技术领域导电高分子材料在能源技术领域也有广泛的应用。
例如，导电高分子材料可以用于制备柔性太阳能电池，用于光电转换、能源收集和储存等。
导电高分子材料具有较高的导电性能和光吸收性能，可以有效提高太阳能电池的能量转换效率。
2.3 催化剂领域导电高分子材料还可以作为催化剂载体，用于催化剂的载体和固定。
导电高分子材料具有较大的比表面积和多孔结构，能够提供更多的活性位点和催化反应的接触面积，从而提高催化剂的反应效率和稳定性。
3. 导电高分子材料的制备方法导电高分子材料的制备方法多种多样，常见的制备方法包括物理共混法、化学共混法、原位聚合法等。
其中，物理共混法是将导电剂和高分子基体通过物理混合来制备导电高分子材料，适用于一些导电剂与高分子基体相容性较好的体系；化学共混法是通过化学反应将导电剂与高分子基体结合，适用于一些导电剂与高分子基体相容性较差的体系；原位聚合法是在高分子合成过程中引入导电剂，使导电剂与高分子基体同时合成。
导电高分子材料通用课件
加工性能
要点一
总结词
加工性能是导电高分子材料的另一个重要性能参数，它决 定了材料在加工过程中的可加工性和加工效果。
要点二
详细描述
加工性能包括材料的熔融流动性、热稳定性、可塑性和延 展性等。良好的加工性能能够保证导电高分子材料在加工 过程中具有良好的可加工性和加工效果，从而提高材料的 实用性和生产效率。
导电高分子材料通用课件
目 录
• 导电高分子材料的导电机理 • 导电高分子材料的制备方法 • 导电高分子材料的性能参数 • 导电高分子材料的发展趋势与挑战
目 录
• 导电高分子材料在新能源领域的应 • 导电高分子材料在智能材料与器件
01
CATALOGUE
导电高分子材料简介
导电高分子材料的定义
总结词
详细描述
聚合物共混法是通过将导电高分子材料与非 导电高分子材料混合，制备成复合材料的方 法。这种方法可以充分利用各种高分子材料 的优点，制备出性能优异的复合材料，但需 要解决相容性问题，以保证良好的导电性能。
04
CATALOGUE
导电高分子材料的性能参数
电导 率
总结词
电导率是导电高分子材料最重要的性 能参数之一，它决定了材料的导电能 力和效率。
物理掺杂法
总结词
通过物理方式将导电物质掺入高分子材料中， 使其获得导电性能的方法。
详细描述
物理掺杂法是一种简单易行的方法，通过将 导电物质如碳黑、石墨烯、金属纳米颗粒等 掺入高分子材料中，使其获得导电性能。这 种方法工艺简单，成本低，但导电性能受掺 杂物质种类和含量影响较大。
聚合物共混法
总结词
将导电高分子材料与非导电高分子材料混合， 形成具有导电性能的复合材料的方法。
导电高分子
（1）碳黑填充型导电高分 子是一种最常见的材料，是因为 其碳黑价格低廉且导电性稳定持 久。导电碳黑的主要品种有乙炔 碳黑、导电炉黑、超导电炉黑和 特导电炉黑等。 碳黑型导电高分子材料已 广泛应用于很多领域：电视膜 制唱片；导电泡沫、导电薄膜、 导电高分子多孔体、静电显影 粉可用于集成电路、场效应管、 晶体管电子原器件的静电防护； 在高压电缆、通讯电缆领域可 用于半导体层，以缓和导线表 面的电位梯度，防止静电。
中文名称：导电高分子 英文名称：conductive polymer 定义：主链具有共轭主电子体系，可通 过掺杂达到导电态，电导率达103 S/cm 以上的高分子材料。
艾伦· 马 白川 G· 克迪尔米 英树 德
艾伦· 黑 J· 格
2000年10月10日瑞典皇 家科学院将化学最高荣 誉授予美国加利福尼亚 大学物理学家艾伦· 黑 J· 格 ，宾夕法尼亚大学化 学家艾伦· 马克迪尔米 G· 德 和日本筑波大学化学 家Hideki shirakawa（白 川英树）
塑 胶 片 材
固 态 电 容 器
防 腐 涂 料 吸波涂料 防 静 电 涂 料
导电膜
Hale Waihona Puke 导 电 高 分 子 的 分 类
自1977年第一个导电高分子聚 乙炔(PAC)发现以来，在导电聚合物 的合成、结构、导电机理、性能、 应用等方面已取得很大进展。从导 电机理的角度看，导电高分子大致 可分为两大类： （1）复合型导电高分子材料
（2）结构型导电高分子材料
复合型导电高分子材料
复合型导电高分子材料是指在 高分子基体中添加导电型物质（碳 黑、碳纤维、金属粉末、薄片、金 属丝、涂金属的玻璃球和丝）通过 分散复合、层集复合等方式制成， 其制造容易，现已商品化。
导电高分子的特征
导电高分子的特征导电高分子材料，即具有导电能力的高分子材料，其特征分别从以下几个方面来描述。
1. 导电性能好导电高分子的最大特征就是其导电性能好，通常具有较高的电导率，可以满足不同领域和应用的需求。
导电高分子的导电性能取决于材料种类、浓度、形态，以及电场强度等因素。
越高的浓度和接触面积，导电性越好。
但由于高分子的本质特性，导电高分子起伏极大，电子迁移重合体固有的难度，使得导电高分子的导电性相对于传统金属材料仍存在一定的限制，需要进一步进行研究和发展。
2. 抗氧化性能强因为导电高分子需在复杂环境下工作，所以要求材料本身具有很强的抗氧化性能，能够承受高温、化学腐蚀和电化学反应等多种恶劣环境条件。
抗氧化能力强的高分子可以有效保障其稳定性和性能的持久性，同时能够延长使用的寿命。
3. 高耐磨性由于导电高分子材料的高导电性，其需要在实际工作中承受较大磨损和强度冲击，因此必须具备高耐磨性。
合适的高分子材料可以增强其抗磨损性能，例如选用高分子中的有机-无机纳米材料，将具有体积小、强硬度、高反应性等优势，能够有效提升耐磨性能。
4. 可塑性好高分子主要由碳、氢、氧等非金属元素组成，相较于钢铁等传统金属更加柔韧和可塑。
导电高分子可以以特定的方式处理和改变其材料结构，可塑性好使得材料具有较高的可造性和设计性，能够更好地满足特定应用的需求。
5. 易加工、成型导电高分子的材料本质决定了其加工性能良好。
相较于传统金属材料更易于成形和加工。
制造导电高分子件可以使用成型、注塑、压差、挤出等多种方式，且成本相对较低，因此找到合适的导电高分子材料的利用成本相对比较实惠。
综上所述，导电高分子材料结构复杂多样，具有导电性能好、抗氧化性能强、高耐磨性、可塑性好和易加工性等特点，适用于各种领域和应用需求中。
虽然导电高分子在一些方面有着局限性，但伴随着科技、设计和工程技术的不断发展，导电高分子材料还有极大的创新和发展空间。
高分子导电材料
高分子导电材料
高分子导电材料是一类具有导电性能的材料，通常由高分子聚合物和导电填料
组成。
这种材料具有良好的导电性能和机械性能，被广泛应用于电子、光电子、能源等领域。
本文将介绍高分子导电材料的种类、性能、制备方法及应用领域。
高分子导电材料可以分为导电聚合物和导电复合材料两大类。
导电聚合物是指
在高分子聚合物中掺杂导电填料，使其具有导电性能，如聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等。
而导电复合材料是将导电填料与高分子基体进行复合，如碳纳米管、石墨烯、金属颗粒等。
高分子导电材料具有优异的导电性能，可以用于制备柔性电子器件，如柔性显
示屏、柔性电池、柔性传感器等。
与传统的硅基材料相比，高分子导电材料具有重量轻、柔性好、成本低等优点，因此在柔性电子领域具有广阔的应用前景。
制备高分子导电材料的方法多种多样，常见的方法包括溶液浸渍法、电化学沉
积法、热压法等。
这些方法可以调控导电填料的含量和分布，从而影响材料的导电性能和力学性能。
除了在柔性电子领域，高分子导电材料还被广泛应用于能源领域。
例如，用于
制备柔性锂离子电池的电极材料、柔性太阳能电池的电极材料等。
这些应用不仅需要材料具有良好的导电性能，还需要具有良好的稳定性和耐久性。
总的来说，高分子导电材料具有广泛的应用前景，特别是在柔性电子和能源领域。
随着材料制备技术的不断改进和新型导电填料的涌现，高分子导电材料将会在未来发展出更多的新应用。
希望本文的介绍能够为相关领域的研究和应用提供一定的参考和帮助。
导电高分子
电压和颜色关系（光吸收） 电压和颜色关系（光吸收）
在特定电压作用下，高分子结构发生变化，导致光吸收波长 的变化，称为电致变色（electrochromism）。 电致变色（ 电致变色 ） 如线形共轭高分子
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1.4 导电高分子的电学性质
电压和发光
材料在电场作用而发光称为电致发光（ 材料在电场作用而发光称为电致发光（eletroluminecence） 电致发光 ） 共轭高分子具有该性质，发光的波长和发光效率与高分子的结 构、发光器件构造和外界条件相关。 电转化） 材料在光能作用下，形成电流（ 材料在光能作用下，形成电流（光-电转化） 所以，共轭高分子在发光器件、 所以，共轭高分子在发光器件、显示和光电池等方面有巨大 的应用价值。 的应用价值。
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2.3 复合导电高分子的导电机理
渗流理论（导电通道理论） 渗流理论（导电通道理论） Bueche经验公式 经验公式
Flory的凝胶化理论：Wf为分子的临界体积分数，f为分子的功 的凝胶化理论： 的凝胶化理论 能度，α为官能团的反应几率。
W f = 1−
(1 − α ) 2 y (1 − y ) 2 α
复合型导电高分子；氧化还原型导电高分子仅在特定电压 范围内才有导电性，不复合欧姆定律；
温度与电导关系
NTC导电材料（negative temperature coefficient）： 导电材料（ ）：电 导电材料 ）： 阻率随温度升高而降低；如本征导电高分子。 PTC导电材料（ positive temperature coefficient ）： 导电材料（ 导电材料 电阻率随温度升高而升高；如复合型导电高分子和金属。 理想的低温加热材料和廉价的电路保护材料
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复合型导电高分子的导电填料
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导电高分子电磁屏蔽材料
07高分子材料与工程袁凯20070810080122
摘要
导电高分子材料根据材料的组成可以分成复合型导电高分子材料(composite conductive polymers)和本征型导电高分子材料(intrinsic conductive polymers)两大类，后者也被称为结构导电高分子材料(structure conductive polymes)。
其中复合型导电高分子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。
本征导电高分子材料也被称为结构型导电高分子材料，其高分子本身具备传输电荷的能力，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以下三类：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。
后者的导电能力是由于在可逆氧化还原反应中电子在分子间的转移产生的。
由于不同导电聚合物的导电机理不同，因此各自的结构也有较大差别。
关键词
导电高分子（Conductive polymer）复合型（composite）
本证结构型(structure) 电磁屏蔽(Shielding)
前言
近年来，随着科学技术和电子工业的高速发展，各种数字化、高频化的电子电器设备在工作时向空间辐射了大量不同波长和频率的电磁波，与此同时，电子元器件灵敏度越来越高，很容易受到外界电磁干扰而出现误动、图像障碍以及声音障碍等。
电磁辐射产生的电磁干扰不仅影响到电子产品的性能实现，而且由此而引起的电磁污染会对人类和其它生物体造成严重的危害。
为解决电磁波辐射造成的干扰与泄漏，主要采用电磁屏蔽材料进行屏蔽，实现电子电器设备与环境相调和、相共存的电磁兼容环境(Electro- Magnetic Compatibility，EMC)。
电磁屏蔽技术通常使用标准金属及其复合材料，它们的屏蔽效能很好，但是存在重量大、价格昂贵、易腐蚀、难于调节屏蔽效能等缺点。
导电高分子材料(Conducting Polymers，CPs)具有同样电磁屏蔽性能，且重量轻、韧性好、易加工、电导率易于调节、成本低、易大面积涂敷、施工方便。
因此，它是一种非常理想的替代传统金属的新型电磁屏蔽材料，可应用在计算机房、手机、电视机、电脑和心脏起搏器等电子电器元件上。
正文
复合型导电高分子材料及其导电机理
复合型导电高分子材料(Conducting Polymer Composites，CPCs)是指经物理改性后具有导电性的高分子复合材料，它以非导电型高分子材料为基体，加入一定数量的导电材料(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。
复合方法主要有两种，一种是对已经成型的塑料壳体进行表面处理的表面导电膜形成法，包括金属喷镀、真空镀、溅射镀、贴金属箔、湿法化学镀或电镀等；另一种称为导电填料机械加工共混复合法，即将导电填料均匀分散于聚合物基体中制成导电涂料或导电塑料。
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。
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。
复合型导电高分子形成导电回路后，导电性主要取决于分布于高分子树脂基体中的导电填料的电子传输。
总的说来，其导电性能主要是三种导电机理(导电通道效应、隧道效应、场致效应)相互竞争的作用。
在不同情况下出现以其中一种机理为主导的导电现象。
本征型导电高分子材料及其导电机理
本征型导电高分子材料(Intrinsic conducting polymers，ICPs)是由具有共轭π键的聚合物，经化学或电化学“掺杂”后形成导电，导电性显示强烈的各向异性，通过大分子π键电子云交叠形成导带，共轭分子健的方向就是导电方向。
从导电载流子的种类来看，又被分为离子型和电子型两类。
离子型导电高分子材料通常又叫高分子固体电解质，其导电时的载流子主要是离子电子型导电高分子材料指的是以共轭π键大分子为主体的导电高分子材料，导电时的载流子是电子(空穴)或孤子(Soliton)。
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（电了、空穴或离了、孤子等）；(2)大分子链内和链间要能够形成载流子导电通道W.P.Su.J.R. Schriefr和A.J. Heeger于
1979年提出孤子(Soliton)理论（简称SSH理论）。
根据这一理论，孤子、极化子(Polaron)和双极子化(Bipolaron)被视为导电高分子的导电载流子。
实验证实，“掺杂”是实现高分子导电的有效途径，而且证实了它的可靠性和实用性。
“掺杂”所用方法包括化学方法、电化学方法以及无离子引入的暂态掺杂法等。
无论在掺杂实质、掺杂量、掺杂后形成的载流子性质、掺杂/脱掺杂可逆等方面与无机半导体的“掺杂”概念有本质的差异。
因此，深入了解“掺杂”实质、导电机理，探索新的“掺杂”方法，为新型导电高分子材料应用打下坚实的基础。
复合型导电高分子电磁屏蔽材料
采用导电填料分散共混复合法制备的导电塑料和导电涂料，具有成本低、施工工艺简单、可对各种复杂形状进行施工等优点，尤其是导电涂料以其低成本和中等屏蔽效果占据电磁屏蔽材料的主要市场。
目前，研究较多、应用最广的是填充型导电塑料。
它是由电绝缘性能较好的合成树脂和具有优良导电性能的填料及其它添加剂组成，经注射或成型等方法加工成的各种电磁屏蔽材料，由于其成型加工和屏蔽的一次完成，便于大批量生产，可以一劳永逸，因此是电磁屏蔽材料的一个重要发展方向。
常用的导电填料有碳素系列和金属系列。
碳素填充高分子材料具有来源广阔、价格低廉和电阻可调等特点，包括碳纤维、碳黑和石墨三类。
其中碳纤维是一种高强度、高模量的导电高分子材料，不仅具有导电性，而且有良好的综合性能。
对于复合型电磁屏蔽导电高分子材料来说，影响其屏蔽效果的因素比较复杂，它不仅与导电填料和基体的性质、形态等有关，还与导电填料在聚合物基体中的填充量和分散程度及复合工艺密切相关当前这类屏蔽材料需要解决的问题有两个方面：一是如何提高导电填料在聚合物基体中的分散性，在保证复合材料导电性能的前提下，降低导电填料用量；二是如何在导电填料用量加大以提高导电性能的同时，保持或提高其综合性能。
本征型导电高分子电磁屏蔽材料
本征型导电高分子(ICPs)材料的典型代表物有聚乙炔(PA)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)、聚苯胺(PAn)等，由于其轻质、柔韧、可大面积成膜、电阻率可调等特点，近年来已在电磁屏蔽方面显示出潜在的应用前景目前研究较多的本征型导电高分子材料有聚苯胺(PAn)和聚对苯乙炔(PPV)。
PPV是最早被用作导电高分子材料的，具有较大的分子量、很好的抗氧化性、高的热力学分解温度以及非常优秀的力学性能，不仅本身具有优良的导电性，而且经氧化剂掺杂后是一类重要的导电材料。
Burroughes等首先报道了PPV具有导电特性。
1995年Nguyen．T．P和Tran．V．H 等人研究了PPV介电性质。
由于它具备许多优点，近年来成为研究热点。
能够非常容易改变PPV
结构，从而获得所需要的导电性能。
S．Courric和V．H Tran[9]研究了PPV及其衍生物DMeO—PPV 的电磁屏蔽效能。
此后，PPV分子的分子设计与合成成为最具有活力的研究领域。
PPV合成方法主要有Monni前聚物法、Wesseling前聚物法及去卤缩合法。
近年研究表明，通过引入取代基或聚合方法改变，可改变其导电特性。
目前，虽然本征型导电高分子材料的电导率已经可以和金属相媲美，但综合性能还相差很远。
如果能将本征导电高分子材料和金属复合在一起制成一种功能复合材料，那么在保证高电导率的同时，保留高聚物轻质、柔韧和易加工的特点，应该能够大大的提高屏蔽效能。
参考文献
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