导电高分子及其复合材料PPT课件
1）物理化学掺杂：
掺
n-掺杂：给电子的物质（如Na）， 又称还原掺杂
杂
p-掺杂；接受电子的物质（如I2）， 又称氧化掺杂
2）电化学掺杂：
方
氧化反应：掺杂ClO4-等阴离子，
法
还原反应；掺杂NR4+等阳离子
3）质子酸掺杂：质子化反应
4）其他物理掺杂：光等激发
电子导电聚合物电导率影响因素 1） 掺杂过程、掺杂剂及掺杂量
图中碳原子右上角的符号●表示未参与形成σ键的p电子。上 述聚乙炔结构可以看成内多享有一个木成对电子的CH自由基组 成的长链，当所有碳原子处在一个平面内时，其末成村电子云在 空间取向为相互平行．并相互重叠构成共短π键。根据固态物理 理论，这种结构应是一个理想的一维金属结构． π电子应能在一 维方向上自由移动，这是聚合物导电的理论基础。
传统的高分子是以共价键相连的一些 大分子，组成大分子的各个化学键是很稳 定的，形成化学键的电子不能移动，分子 中无很活泼的孤对电子或很活泼的成键电 子，为电中性，所以高分子一直视为绝缘 材料。
高分子材料有可能导电吗？
H－C≡C－H
Ti(OC4H9)4 Al(C2H5)3
温度
10－8～10－7 S/m 10－3～10－2 S/m
纯净的，或未予“掺 杂”的电子导电聚合物 分子中各π键分子轨道之 间还存在着一定的能级 差。而在电场力作用下， 电子在聚合物内部迁移 必须跨越这一能级差， 这一能级差的存在造成π 价电子还不能在共轭聚 合中完全自由跨键移动。 因而其导电能力受到影 响，导电率不高。属于 半导体范围。
由分子电子结构分析，聚乙炔结构可以写成以下形式。
J.Heeger 艾伦·黑格
其他导电高分子材料
N H n
S n
n
p o l y p y r r o l e ( P P y ) p o l y t h i o p h e n e ( P T ) poly(phenylene vinylene) (P P V )
聚吡咯
聚噻吩
聚对苯撑乙炔
H
H
N
N
N
1974年日本筑波大学H.Shirakawa在合成聚乙炔的实验中， 偶然地投入过量1000倍的催化剂，合成出令人兴奋的有铜色的顺 式聚乙炔薄膜与银白色光泽的反式聚乙炔。有机高分子不能作为 导电材料的概念被彻底改变。
世纪发现——导电高分子材料
G. MacDiarmid 艾伦·马克迪尔米德
H.Shirakawa 白川英树
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？
如上图所示，两个能带在能量上存在着—个差值，而导电状 态下P电子离域运动必须越过这个能级差。这就是我们在线性 共扼体系中碰到的阻碍电子运动，因而影响其电导率的基本 因素
如果考虑到每个CH自由基结构单元p电子轨道中只有一个电子， 而根据分子轨道理论，一个分子轨道中只有填充两个自旋方向相反的 电子才能处于稳定态。每个P电子占据—个π轨道构成上图所述线性 共轭电子体系．应是一个半充满能带，是非稳定态。它趋向于组成双 原子对使电子成对占据其中一个分子轨道，而另一个成为空轨道。出 于空轨道和占有轨道的能级不同．使原有p原子形成的能带分裂成两 个亚带，一个为全充满能带，构成价带，另一个为空带，构成导带。
由此可见，减少能带分裂造成的能级差是提高共轭型导电 聚合物电导率的主要途径。
电子导电聚合物的掺杂
掺杂的作用：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 电子能代的能级， 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移动的阻碍力减小因而导电能力 大大提高。
3） 分子中共轭链长度：
电在导电聚合物的电导率 随着温度的变化而变化：
随着共扼链长度的增加，π电子波函数的这种趋势越 明显，从而有利于自由电子沿着分子共轭链移动，导致聚 合物的电导率增加。从图中可以看出，线性共轭导电聚合 物的电导率随着其共轭链长度的增加而呈指数快速增加。 因此，提高共轭链的长度是提高聚合物导电性能的重要手 段之一．这一结论对所有类型的电子导电聚合物都适用。
2） 温度：电在导电聚合物的电导率随着温度 的变化而变化：
金属材料的电导温度系数是负值，即温度越高，电 导率越低。
电子导电聚合物的温度系数是正的；即随着温度的 升高．电阻减小、电导率增加
sat exp[-T/To ]-
式中σsat、To和γ分别为常数，具体数值取决于材树本身 的性质和掺杂的程度，γ取值一般在o.25～0.5之间。
N
n
p o ly a n ilin e
聚苯胺
以及聚对苯（PPP）、聚咔唑（PCB）、聚喹林（PQ）、 聚硫萘（PTIN） ……
由于分子中双键的π电子的非定域性，这类聚合物大都表现出一 定的导电性。
根据载流子的不同，导电高分子的导电机理可分为 三种：电子导电、离子导电和氧化还原导电三种：
电子导电聚合物特征
有机聚合物成为导体的必要条件：有能使其内部 某些电子或空穴具有跨键离域移动能力的大共轨结构。
电子导电型聚合物的共同结构特征：分子内具有大 的共扼π电子体系，具有跨键移动能力的π价电子成为 这一类导电聚合物的唯一载流子。
已知的电子导电聚合物，除早期发现的聚乙炔，多 为芳香单环、多环、以及杂环的共聚或均聚物 。
电子的相对迁移是导电的基础。电子如若要在共扼π 电子体系中自由移动、首先要克服满带与空带之间的能 级差，因为满带与空带在分子结构中是互相间隔的。这 一能级差的大小决定了共轭型聚合物的导电能力的高低。 正是由丁这一能级差的存在决定了我们得到的不是一个 良导体，而是半导体。
现代结构分析和测试结果证明，线性共轭聚合物中相邻 的两个键的键长和键能是有差别的。这一结果间接证明了 在此体系中存在着能带分裂。Peierls理论不仅解释了线性共 扼型聚合物的导电现象和导电能力，也提示我们如何寻找、 提高导电聚合物导电能力的方法。
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导电高分子及其复合材料PPT课件
2） 温度：电在导电聚合物的电导率随着温度 的变化而变化：
金属材料的电导温度系数是负值，即温度越高，电 导率越低。
电子导电聚合物的温度系数是正的；即随着温度的 升高．电阻减小、电导率增加
sat exp[-T/To ]-
式中σsat、To和γ分别为常数，具体数值取决于材树本身 的性质和掺杂的程度，γ取值一般在o.25～0.5之间。
由此可见，减少能带分裂造成的能级差是提高共轭型导电 聚合物电导率的主要途径。
电子导电聚合物的掺杂
掺杂的作用：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 电子能代的能级， 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移动的阻碍力减小因而导电能力 大大提高。
电子的相对迁移是导电的基础。电子如若要在共扼π 电子体系中自由移动、首先要克服满带与空带之间的能 级差，因为满带与空带在分子结构中是互相间隔的。这 一能级差的大小决定了共轭型聚合物的导电能力的高低。 正是由丁这一能级差的存在决定了我们得到的不是一个 良导体，而是半导体。
现代结构分析和测试结果证明，线性共轭聚合物中相邻 的两个键的键长和键能是有差别的。这一结果间接证明了 在此体系中存在着能带分裂。Peierls理论不仅解释了线性共 扼型聚合物的导电现象和导电能力，也提示我们如何寻找、 提高导电聚合物导电能力的方法。
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 …...
《导电高分子》课件
面临的挑战与问题分析
技术瓶颈：导电高 分子材料的制备工 艺和性能优化存在 技术瓶颈
成本问题：导电高 分子材料的生产成 本较高，限制了其 在某些领域的应用
市场竞争：导电高 分子材料市场竞争 激烈，需要不断创 新和优化产品性能
环保问题：导电高 分子材料的生产和 使用过程中可能产 生环境污染问题， 需要加强环保措施
聚合物复合法
原理：通过将导 电高分子与非导 电高分子复合， 形成导电复合材 料
优点：提高导电 性，降低成本， 改善加工性能
应用：广泛应用 于电子、能源、 环保等领域
挑战：如何实现 导电高分子与非 导电高分子的均 匀复合，提高复 合材料的导电性 能和稳定性
导电高分子应用案 例分析
电子器件领域应用案例
导电高分子未来发 展趋势与挑战
技术创新方向预测
导电高分子材料的新型合成方法
导电高分子材料的应用领域拓展
添加标题
添加标题
导电高分子材料的性能优化
添加标题
添加标题
导电高分子材料的环保与可持续发 展
市场拓展前景展望
导电高分子材料在电子、能源、环保等领域的应用前景广阔 导电高分子材料在生物医学、智能穿戴等领域的应用潜力巨大 导电高分子材料在航空航天、军事等领域的应用需求日益增长 导电高分子材料在环保、节能等领域的应用需求日益增长
《添加导副电标高题 分子》 PPT课件
汇报人：
目录
PART One
添加目录标题
PART Two
导电高分子概述
PART Three
导电高分子类型
PART Five
导电高分子制备方 法
PART Four
导电高分子结构与 性能关系
PART Six
大学材料科学与工程经典课件——第三章导电高分子材料 (2)-PPT课件
第三章 导电高分子材料
重点内容：
导电聚合物的结构特征（复合型、本征型）； 导电聚合物的基本的物理、化学特性； 导电聚合物的应用。
1
吸塑导电海绵
PU导电海绵 主要用于电 子原器件仪 器仪表的包 装。 本品表面电 阻达到102105Ω,本产 品是无炭黑 型是用导电 高分子材料 制成，耐水 性好
永久导电吸塑片材
7
艾伦· 黑格（1936— ），1936年生于依阿华州苏 城。现为加利福尼亚大学的固体聚合物和有机物 研究所所长，是一名物理学教授。因有关导电聚 合物的发现而成为2000年度诺贝尔化学奖三名得 主之一。
艾伦· G· 马克迪尔米德 (1927— )，美国化学家。 1927年生于新西兰，1953年取得美国威斯康星大 学博士学位，1955年取得英国剑桥大学博士学位， 1955年至今在美国宾夕发尼亚大学担任教授，
导电吸塑包装
吹塑导电包装
第三章 导电高分子材料
1 概 述 2 结构型导电高分子 3 复合型导电高分子 4 超导电高分子 5 电活性聚合物
第三章 导电高分子材料
1. 概述
1.1 导电高分子的基本概念 物质按电学性能分类可分为绝缘体、半导体、 导体和超导体四类。高分子材料通常属于绝缘体的 范畴。但1977年美国科学家黑格（A.J.Heeger）、 麦克迪尔米德（A.G. MacDiarmid）和日本科学家 白川英树（H.Shirakawa）发现掺杂聚乙炔具有金 属导电特性以来，有机高分子不能作为导电材料的 概念被彻底改变。
12
第三章 导电高分子材料
1.2 材料导电性的表征 根据欧姆定律，当对试样两端加上直流电压V 时，若流经试样的电流为I，则试样的电阻R为：
V R I
重点内容：
导电聚合物的结构特征（复合型、本征型）； 导电聚合物的基本的物理、化学特性； 导电聚合物的应用。
1
吸塑导电海绵
PU导电海绵 主要用于电 子原器件仪 器仪表的包 装。 本品表面电 阻达到102105Ω,本产 品是无炭黑 型是用导电 高分子材料 制成，耐水 性好
永久导电吸塑片材
7
艾伦· 黑格（1936— ），1936年生于依阿华州苏 城。现为加利福尼亚大学的固体聚合物和有机物 研究所所长，是一名物理学教授。因有关导电聚 合物的发现而成为2000年度诺贝尔化学奖三名得 主之一。
艾伦· G· 马克迪尔米德 (1927— )，美国化学家。 1927年生于新西兰，1953年取得美国威斯康星大 学博士学位，1955年取得英国剑桥大学博士学位， 1955年至今在美国宾夕发尼亚大学担任教授，
导电吸塑包装
吹塑导电包装
第三章 导电高分子材料
1 概 述 2 结构型导电高分子 3 复合型导电高分子 4 超导电高分子 5 电活性聚合物
第三章 导电高分子材料
1. 概述
1.1 导电高分子的基本概念 物质按电学性能分类可分为绝缘体、半导体、 导体和超导体四类。高分子材料通常属于绝缘体的 范畴。但1977年美国科学家黑格（A.J.Heeger）、 麦克迪尔米德（A.G. MacDiarmid）和日本科学家 白川英树（H.Shirakawa）发现掺杂聚乙炔具有金 属导电特性以来，有机高分子不能作为导电材料的 概念被彻底改变。
12
第三章 导电高分子材料
1.2 材料导电性的表征 根据欧姆定律，当对试样两端加上直流电压V 时，若流经试样的电流为I，则试样的电阻R为：
V R I
导电高分子材料通用课件
性。
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。
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。
导电高分子材料(16)幻灯片PPT
般具有长链而且以固定的单元不断重复的 结构，当它要变得能导电时就必须能仿真 金属的行为，亦及电子必须能不受原子的 束缚而能自由移动，要达到此目的的第一 个条件就是这个聚合物应该具有交错的单 键与双键，亦称为共轭的双键，透过乙炔 所聚合而得的聚乙炔
• 不过，具有共轭双键的长链并不足以造成
它的导电，要能导电必须对这种塑料动点 手脚，一则将部份电子移出，一则加入一 些电子，这种过程称为掺杂
金属之Eg值几乎为0 eV ，半导体材料Eg值在1.0~3.5 eV之间， 绝缘体之Eg值则远大于3.5 eV。
四 高分子材料导电能力的影响因素
导电高分子材料聚乙炔的电导率
掺杂方法
掺杂剂
未掺杂型
顺式聚乙炔
反式聚乙炔
p－掺杂型（氧化型） 碘蒸汽掺杂
五氟化二砷掺杂
高氯酸蒸汽
电化学掺杂
n－掺杂型（还原型） 萘基钾掺杂
萘基钠掺杂
电导率，S/m
1.7×10－7 4.4 ×10－3 5.5×104 1.2×105 5×103 1×105 2×104 103～104
高分子材料导电能力的影响因素
掺杂率对导电高分子材料导电能力的影响
掺杂率小时，电导率随着掺 杂率的增加而迅速增加；当达到一 定值后，随掺杂率增加的变化电导 率变化很小，此时为饱和掺杂率。
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
• 不过，具有共轭双键的长链并不足以造成
它的导电，要能导电必须对这种塑料动点 手脚，一则将部份电子移出，一则加入一 些电子，这种过程称为掺杂
金属之Eg值几乎为0 eV ，半导体材料Eg值在1.0~3.5 eV之间， 绝缘体之Eg值则远大于3.5 eV。
四 高分子材料导电能力的影响因素
导电高分子材料聚乙炔的电导率
掺杂方法
掺杂剂
未掺杂型
顺式聚乙炔
反式聚乙炔
p－掺杂型（氧化型） 碘蒸汽掺杂
五氟化二砷掺杂
高氯酸蒸汽
电化学掺杂
n－掺杂型（还原型） 萘基钾掺杂
萘基钠掺杂
电导率，S/m
1.7×10－7 4.4 ×10－3 5.5×104 1.2×105 5×103 1×105 2×104 103～104
高分子材料导电能力的影响因素
掺杂率对导电高分子材料导电能力的影响
掺杂率小时，电导率随着掺 杂率的增加而迅速增加；当达到一 定值后，随掺杂率增加的变化电导 率变化很小，此时为饱和掺杂率。
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(3)幻灯片PPT
导电高分子材料(3)幻灯片 PPT
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目录： ⒈引言 ⒉导电高分子材料的隐身机理 ⒊红外与雷达波段复合材料 ⒋隐身导电高分子的研究方向
导电高分子材料的隐身机理
雷达隐身材料是通过对电磁波的吸收而实 现隐身效果的,因此,一方面要使电磁波最大 限度地进入材料内部而不是在外表反射;另 一方面要使进入材料内部的电磁波最大限 度地被吸收。要满足以上两个条件,材料的 电磁参数应相互匹配。
导电高分子的吸波机理主要是电损耗和介 电损耗。在雷达波的作用下,一方面材料被 反复极化,分子电偶极子力图跟上电磁场的 振荡而产生分子摩擦;另一方面由于材料电 导率不为零,电磁波在材料中形成感应电流 而产生热量,从而使得电磁波能量被耗散。
导电高分子材料由于具有大π共轭构造,表 现出了高的介电常数与介电损耗,而介电损 耗与材料的吸波性能密切相关。介电损耗 越大,材料的吸波性能越好。
导电高聚物由于其较高的电导率,具有一定 的金属相似性,显示出了独特的红外吸收与 红外反射特性。导电聚合物的红外发射率 远比普通聚合物低得多,这使得该类材料有 可能成为一种红外与微波兼容的隐身材料, 通过多层设计,可以获得轻质、宽频、多频 谱隐身的功能。
目前,导电高分子作为吸波材料的应用正由 单层构造向多层宽频吸收开展。另外,导电 高分子放置在大气中,它的室温电导率会随 时间而逐渐降低,而且掺杂剂本身不稳定,也 影响了导电高分子的适用温度范围。研究 导电高分子在电、光等条件下的电磁参数 的变化,设计合成智能隐身材料是导电高分 子隐身材料的重要研究方向。
导电高分子PPT课件
You Know, The More Powerful You Will Be
18
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX
时 间：XX年XX月XX日
19
可弯曲、大面积和低成本等优点。 ——实用化的突破口
12
导电高分子的应用
2.分子导线
❖ 一个分子类似于一根导线。 ❖ 可用于高灵敏度检测、超大规模集
成技术等。 ❖ “模板聚合、分子束沉积等方法制
备“分子导线”或导电高分子微管 (或纳米管)
13
导电高分子的应用
3.二次电池
高分子掺杂态 储存电能、脱 掺杂过程中释 放电能
导电高分子 及其应用
导 师 ： 虞星炬研究员 马小军研究员
1
❖导电高分子的定义 ❖导电高分子的历史 ❖导电原理 ❖导电高分子的种类 ❖导电高分子的特性 ❖导电高分子的应用 ❖问题与挑战
2
导电高分子
导电高分子是指具有共轭π-键， 其本身或经过“掺杂”后具有 导电性的一类高分子材料。
✓ 高分子链 ✓ 与链非键合的阴离子或阳离子
3
导电高分子的发展
1862年Lethebi——聚苯胺 1977年白川和MacDiarmid—
—掺杂聚乙炔（电导率达 102s/cm） 1986年，Elsenbaumer R.L.等 人得到了可溶性聚噻吩
4
种 类
名称 聚乙炔 聚噻吩 聚吡咯 聚苯胺 聚苯
结构
(
)
Sn
(
)
Nn
H
(
NH )n
(
)
Hn
的
18
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX
时 间：XX年XX月XX日
19
可弯曲、大面积和低成本等优点。 ——实用化的突破口
12
导电高分子的应用
2.分子导线
❖ 一个分子类似于一根导线。 ❖ 可用于高灵敏度检测、超大规模集
成技术等。 ❖ “模板聚合、分子束沉积等方法制
备“分子导线”或导电高分子微管 (或纳米管)
13
导电高分子的应用
3.二次电池
高分子掺杂态 储存电能、脱 掺杂过程中释 放电能
导电高分子 及其应用
导 师 ： 虞星炬研究员 马小军研究员
1
❖导电高分子的定义 ❖导电高分子的历史 ❖导电原理 ❖导电高分子的种类 ❖导电高分子的特性 ❖导电高分子的应用 ❖问题与挑战
2
导电高分子
导电高分子是指具有共轭π-键， 其本身或经过“掺杂”后具有 导电性的一类高分子材料。
✓ 高分子链 ✓ 与链非键合的阴离子或阳离子
3
导电高分子的发展
1862年Lethebi——聚苯胺 1977年白川和MacDiarmid—
—掺杂聚乙炔（电导率达 102s/cm） 1986年，Elsenbaumer R.L.等 人得到了可溶性聚噻吩
4
种 类
名称 聚乙炔 聚噻吩 聚吡咯 聚苯胺 聚苯
结构
(
)
Sn
(
)
Nn
H
(
NH )n
(
)
Hn
的
导电高分子(浙大) 导电高分子概述课件
通常，聚合物材料属于绝缘体范畴。
1、什么是导电高分子？
狭义的定义：由碳、氢和氮、硫、氧等杂 原子组成的具有本征导电性能的有机高分 子材料。
Conducting polymers (CPs) Conductive polymers Conjugated Conductive Polymers Organic Polymeric Conductors
导电聚合物
Conducting Polymers
内容提要
一、概述 二、电子导电型高分子 三、离子导电型高分子 四、高分子导电复合材料 五、有机超导体
一、 概 述
按照电学性能物质可分为绝缘体、半导体、导 体和超导体四类：
电导率 , s/cm （西门子/厘米 ）
绝缘体 半导体 导电体 超导体
< 10-10 10-10~102 >102
Schematic illustration for three common CPs
复合型导电高分子材料
(composite conductive polymers)
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。导电能力取决于导电材料的性 质、粒度、化学稳定性、宏观形状等因素。
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。
导电高分子详解ppt课件
聚乙炔最常用的掺杂剂有五氟化砷(AsF5)、六氟化锑(SbF6)，碘(I2)、溴(Br2)，三氯化铁(FeCl3)，四氯化锡(SnCl4)、高氯酸银(AgClO4)等。掺杂量一般为0.01％～2％（掺杂剂/—CH＝）。研究表明，聚乙炔的导电性随掺杂剂量的增加而上升，最后达到定值。 当掺杂剂用量达到2％之后，电导率几乎不再随掺杂剂用量的增加而提高。
*
目前，对结构型导电高分子的导电机理、聚合物结构与导电性关系的理论研究十分活跃。应用性研究也取得很大进展，如用导电高分子制作的大功率聚合物蓄电池、高能量密度电容器、微波吸收材料、电致变色材料，都已获得成功。
*
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。科学家们正企图通过改进掺杂剂品种和掺杂技术，采用共聚或共混的方法，克服导电高分子的不稳定性，改善其加工性。
*
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（本征型）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 结构型导电高分子本身具有“固有”的导电性， 由聚合物结构提供导电载流子（包括电子、离子或 空穴）。这类聚合物经掺杂后，电导率可大幅度提 高，其中有些甚至可达到金属的导电水平。
反式聚乙炔的禁带宽度推测值为1.35eV，若用式（5—9）推算，N＝16，可见聚合度为8时即有自由电子电导。 除了分子链长度和π电子数影响外，共轭链的结构也影响聚合物的导电性。从结构上看，共轭链可分为“受阻共轭”和“无阻共轭”两类。前者导电性较低，后者则较高。
第五章 导电高分子
*
聚苯硫醚（PPS）是近年来发展较快的一种导电高分子，它的特殊性能引起人们的关注。 聚苯硫醚是由二氯苯在N—甲基吡咯烷酮中与硫化钠反应制得的。
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目前，对结构型导电高分子的导电机理、聚合物结构与导电性关系的理论研究十分活跃。应用性研究也取得很大进展，如用导电高分子制作的大功率聚合物蓄电池、高能量密度电容器、微波吸收材料、电致变色材料，都已获得成功。
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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。科学家们正企图通过改进掺杂剂品种和掺杂技术，采用共聚或共混的方法，克服导电高分子的不稳定性，改善其加工性。
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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（本征型）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 结构型导电高分子本身具有“固有”的导电性， 由聚合物结构提供导电载流子（包括电子、离子或 空穴）。这类聚合物经掺杂后，电导率可大幅度提 高，其中有些甚至可达到金属的导电水平。
反式聚乙炔的禁带宽度推测值为1.35eV，若用式（5—9）推算，N＝16，可见聚合度为8时即有自由电子电导。 除了分子链长度和π电子数影响外，共轭链的结构也影响聚合物的导电性。从结构上看，共轭链可分为“受阻共轭”和“无阻共轭”两类。前者导电性较低，后者则较高。
第五章 导电高分子
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聚苯硫醚（PPS）是近年来发展较快的一种导电高分子，它的特殊性能引起人们的关注。 聚苯硫醚是由二氯苯在N—甲基吡咯烷酮中与硫化钠反应制得的。
复合型导电高分子材料 ppt课件
ppt课件
9
导电填料
• 碳系导电填料
• 金属及金属氧化物系填料
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10
聚合物
聚合物作用
基体材料 固定填料
连续相 粘结体
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。
• 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。
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13
聚合物
• 4、主链柔顺性
严重脆化 刚性大
力学性能降低
形成导电通路
导电性能增强
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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
复合型导电高分子材料
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1
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
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2
概述
结构型导电高分子
缺点：工艺复 杂成本较高
通用塑料导电化 改进方法
扩大导电高分 子应用范围
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
▪聚合物共混中施加 剪切应力或拉伸应力
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15
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
▪易形成串晶互锁结 构，提高力学性能