复合型导电高分子
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
导电高分子材料
导电高分子材料所谓导电高分子是具有共轭Π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。
它完全不同于金属或碳粉末与高分子共混而制成的导电塑料，通常导电高分子的结构特征是具有高分子链结构和与链非键合的一价阴离子或阳离子共同组成。
即在导电高分子结构中，除了具有高分子链外，还含有由“掺杂”而引入的一价对阴离子或对阳离子。
导电聚合物最引人注目的一个特点是其电导率可以在绝缘体-半导体-金属态较宽的范围里变化。
这是目前其他材料所无法比拟的。
分类，按照材料的结构与组成，可将导电高分子分成两大类。
一类是结构型导电高分子，另一类是复合型导电高分子。
结构型导电高分子的导电机理为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：一要能产生足够数量的载流子，二是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；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。
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，长链中的Π键较为活泼，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。
复合型导电高分子复合型导电高分子是在本身不具备导电性的高分子材料中掺混入大量导电物质，如炭黑，金属粉，箔等，通过分散复合，层级复合，表面复合等方法构成的复合材料，其中以分散复合最为常用。
与结构型导电高分子不同，在复合型导电高分子中，高分子材料本身并不具备导电性，只充当了粘合剂的角色，导电性是通过混合在其中的导电性物质如炭黑，金属粉等获得的。
由于它们制备方便，有较强的实用性，因此在结构型导电高分子尚有许多技术问题没有解决的今天，人们对他们有着极大的兴趣。
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。
导电高分子及其复合材料
但总的来说，结构型导电高分子的实际应用尚不普遍， 关键的技术问题在于大多数结构型导电高分子在空气 中不稳定，导电性随时间明显衰减。此外，导电高分 子的加工性往往不够好，也限制了它们的应用。
本征型导电高分子材料的合成方法
本征型导电高分子材料的合成方法主要有电化学聚 合法和化学聚合法两种：
1. 化学聚合法 聚苯（撑）的化学聚合法（Kovacic)
离子导电高分子材料 载流子：正、负离子
载流子正、负离子的体积比电子大的多，使其不能在固体 的晶格间相对移动。 构成导电必须的两个条件： 1） 具有独立存在的正、负离子，而不是离子对 2） 离子可以自由移动
影响离子导电聚合物的导电能力的因素
聚合物玻璃化温度：
聚合物溶剂化能力：
聚合物其他因素：
导电高分子及导电 高分子材料
前言
高分子材料一般作为绝缘材料使用
如电线的绝缘层等。
如果高分子材料能象金属一样导电，我们生 活将会发生什么变化呢？
（1） 用高分子材料代替金属电线： 质量轻，价格便 宜，资源广泛。 （2）可以解决生活中的很多静电吸尘问题 （3）电磁波屏蔽 …...
为什么高分子材料一般是绝缘的？
欧盟对禁铅政策的积极运作,全球所有电子产业可 望于2008 年彻底执行无铅电子产业。
导电高分子复合材料的应用
导电型胶粘剂,简称导电胶,是一种既能有效地胶接各种 材料,又具有导电性能的胶粘剂。导电胶作为一种新型的复 合材料其应用日益受到人们的重视,有着广阔的市场前景和 发展潜力。 导电填料可以很大的提高线分辨率,更能顺应高的I/O密 度;此外它还有固化温度低、简化组装工艺等优点,因此发 展迅速。 现已广泛应用于电话和移动通讯系统 ,广播、电视、 计算机行业,汽车工业;医用设备,解决电磁兼容( EMC) 等 方向。
导电高分子材料
简述：传统的高分子材料为绝缘材料,在使用时存在静电积累、电磁波干扰等危害,如用其制造的传送带,在传送煤炭的过程中易发生火灾和爆炸;油船因静电引起火灾;塑料薄膜在生产过程中常因静电发生事故。
随着大规模集成电路的迅速发展,静电及电磁波公害更加突出。
随着电子线路集成化水平的提高,电磁波的影响将会引起误动等危害。
这些问题的出现已严重阻碍了高分子材料的发展,因此,必须研制开发导电高分子材料来解决上述问题。
导电高分子材料的分类按照材料的结构与组成,可将导电高分子材料分为两大类。
一类是复合型导电高分子材料,另一类是结构型(或本征型)导电高分子材料。
一、结构导电机理所谓结构型导电高分子是高分子本身结构显示导电性, 通过离子或电子而导电。
所以, 结构型导电高分子材料又可分为电子导电高分子材料和离子导电高子材料两类。
复合型导电高分子材料复合型导电高分子材料是将各种导电性物质以不同的方式和加工工艺(如分散聚合、层积复合、形成表面电膜等)填充到聚合物基体中而构成的材料。
几乎所有的聚合物都可制成复合型导电高分子材料。
其一般的制备方法是填充高效导电粒子或导电纤维,如填充各类金属粉末、金属化玻璃纤维、碳纤维、铝纤维、不锈钢纤维及锰、镍、铬、镁等金属纤维,填充纤维的最佳直径为7Lm。
复合型导电高分子材料在技术上比结构型导电高分子材料具有更加成熟的优势,用量最大最为普及的是炭黑填充型和金属填充型。
结构型导电高分子材料结构型(又称作本征型)导电高分子是指那些高分子材料本身或经过掺杂后具有导电功能的聚合物。
这种高分子材料本身具有/固有0的导电性,由其结构提供导电载流子,一旦经掺杂后,电导率可大幅度提高,甚至可达到金属的导电水平。
从导电时载流子的种类来看,结构型导电高分子材料又被分为离子型和电子型两类。
离子型导电高分子通常又称为高分子固体电解质,它们导电时的载流子主要是离子。
电子型导电高分子指的是以共轭高分子为主体的导电高分子材料。
导电时的载流子是电子(或空穴),这类材料是目前世界导电高分子中研究开发的重点。
导电高分子
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)。
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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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
• 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
• 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。
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
ห้องสมุดไป่ตู้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
复合型导电高分子材料
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
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/隐身涂料等
途径 提高导电性和综合性能
谢
谢