超导高分子聚合物的研究进展
导电高分子材料

导电高分子材料高分子材料自问世至今,已经有一百多年的历史。
1856年硝化纤维作为第一个塑料专利问世,20世纪60年代;许多性能优良的工程塑料相继投入工业化生产;20世纪80年代,材料科学已渗透各个领域,可以说已经进入高分子时代。
大多数高分子材料都是不导电的,因而高分子材料被广泛地作为绝缘材料使用。
1862年,英国Letheby在硫酸中电解苯胺而得到少量导电性物质;1954年,米兰工学院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4为催化剂制得聚乙炔;1970年,科学家发现类金属的无机聚合物聚硫氰(SN)x具有超导性,有机高分子与无机高分子导电聚合物的开发研究合在一起开始了探寻之旅。
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。
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35000S/m,但是难以加工且不稳定。
1987年,德国康采思巴斯夫公司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107S/m。
导电高分子材料的研究和发展开始逐渐走向成熟,并且亟待着可以走向应用领域,导电高分子材料已经在功能高分子材料及导电体中占有重要的地位。
一.导电高分子的定义与导电机理导电高分子又称为导电聚合物,是由具有共轭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。
导电高分子材料是一类兼具高分子特性及导电体特征的高分子材料。
按结构和制备方法不同,可将导电高分子材料(CPs)分为复合型与本征(结构)型两大类。
结构性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)。
导电高分子

导电高分子材料的介绍及研究进展高分子091 5701109015 李涛摘要:导电聚合物的突出优点是既具有金属和无机半导体的电学和光学特性,又具有有机聚合物柔韧的机械性能和可加工性,还具有电化学氧化还原活性。
经过多年世界范围内的广泛研究,导电聚合物在新能源材料方面的应用已获得了很大的发展。
关键词:导电高分子机理理论研究进展一、背景及意义高分子导电材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜以及电导率可在十多个数量级的范围内进行调节等特点,不仅可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品,而且已成为许多先进工业部门和尖端技术领域不可缺少的一类材料。
高分子材料长期以来被作为优良的电绝缘体,直至1977年,日本白川英树等人才发现用五氟化砷或碘掺杂的聚乙炔薄膜具有金属导电的性质,电导率达到10S/m。
这是第一个导电的高分子材料。
以后,相继开发出了聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺、聚噻吩等能导电的高分子材料。
经过多年世界范围内的广泛研究,导电聚合物在新能源材料方面的应用已获得了很大的发展,但离实际大规模应用还有一定的距离。
这主要是因为其加工性不好和稳定性不高造成的。
二、导电高分子材料分类及导电机理高分子导电材料通常分为复合型和结构型两大类:①复合型高分子导电材料。
由通用的高分子材料与各种导电性物质通过填充复合、表面复合或层积复合等方式而制得。
主要品种有导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导电薄膜等。
其性能与导电填料的种类、用量、粒度和状态以及它们在高分子材料中的分散状态有很大的关系。
常用的导电填料有炭黑、金属粉、金属箔片、金属纤维、碳纤维等。
复合型导电高分子材料(Conducting Polymer Composites)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。
导电高分子材料的发展现状及未来发展趋势

l _ 2 结构型导电高分子材料。是指高分子结构本身或经过掺杂之后 具有导电功能的高分子材料。 根据电导率的大小又可分为高分子半导 体、 高分子金属和高分子超导体。按照导电机理可分为电子导电高分 子材料和离子导电高分子材料。 电子导电高分子材料的结构高分子材料分类 导电高分子材料可以通过产生的方式和结构的不 同分为复合 型 材料与结构型材料两类 , 这两类材料虽然具有较为相似的特 陛, 但是
也存在着较大的差别 , 而且应用的方向和范围也有所不 同。正确认识 这两种导电高分子材料 的特 和特 性, 能够使对其的应用更加科学化 和合理化。下面将对这两种材料分别进行研究。 1 . 1 复合型导电高分子材料。由通用的高分子材料与各种导电性物
电池具有易生产加工成膜 、 可绕曲、 小型轻便 、 能量高等特点 , 如果解 决 了有机物的耐久性和高压下有机溶剂的稳定性问题 , 那么以导电高 分子材料为基础的二次电池就有可能实现商品化。 2 . 3 导体 。将金属粉 、 炭黑等导体粉末与高分子材料经过填充复合 、
表面复合等方式进行合成 , 就可制成具有导电性的高分子材料。经复 合合成的导电高分子材料与传统金属导体相比具有如下优点 : 加工性 能强 , 适于更多场合的应用 ; 耐腐蚀 、 弹性高 、 密度低 ; 电导率可调节 , 使用范围相对更广 , 方便实际应用 ; 适于批量生产 , 价格便宜。导电高 例如柔韧性好、 电导性高、 易 质通过填充复合 、 表面复合或层积复合等方式而制得。主要品种有导 分子作为超级电容器 电极拥有很多优点 , 电塑料 、 导 电橡胶 、 导电纤维织物 、 导 电涂料 、 导电胶粘剂 以及透明导 加工而且可被制成薄膜 。很多导电高分子材料显示 出高比容量 和电 电薄膜等。 其 性能与导电填料的种类 、 用量、 粒度和状态以及它们在高 容 , 并且可以在—个高相对速度下传递能量 , 但是作为超级 电容器电 分子材料中的分散状态有很大的关系。常用的导电填料有炭黑 、 金属 极 的主要觇 就是循环使用寿命短。 2 . 4 药物释放 。导 电高聚物的掺杂和脱杂过程实际上是一个对阴离 粉、 金属箔片、 金属纤维 、 碳纤维等。 子嵌入和脱嵌入过程 , 离子电疗法是借助电化学过程来驱动药物通过 皮肤而进入体内, 利用这两点就可 以制作一种含药物的导电高分子电 池, 接通电流的时候药物就能释放 出来 , 并通过皮肤而进入血液。 聚吡 咯是在这方面研究最早也是应用最广泛的一种导电高分子。 有线型威面型大共轭体系 ,在热或光的作用下通过共轭 竹电子的活 3 导 电高分 子实 用化发 展趋 势 化而进行导 电, 电导率一般在半导体的范围。采用掺杂技术可使这类 下面对其有待发展的方面进行研究和展望。 材料的导电性能大大提高。如在聚乙炔中掺杂少量碘, 电导率可提高 3 . 1 解决导 电高聚物的加工性和稳定性。现有 的导 电高分子聚合物 1 2 个数量级 , 成为“ 高分子金属” 。经掺杂后的聚氮化硫 , 在超低温下 可转变成高分子超导体。 结构型导电高分子材料用于试制轻质塑料蓄 电池 、 太阳能 电池 、 传感器件 、 微波吸收材料以及试制半导体元器件 等。但 目前这类材料由于还存在稳定性差( 特别是掺杂后的材料在空 气中的氧化稳定性差) 以及加工成型性、 机械陛能方面的问题 , 尚未进 入实用阶段。 2 导 电高分 子材 料 的应 用 导电高分子材料 的应用是对其进行研究和生产 的主要 目的 , 其
研究生电子材料_第一讲

电子材料概论
主讲人:汪晓东教授
授课提纲
一、电子材料简介 二、电子材料的研究范畴 三、电子材料的基本特性 四、几种重要的电子材料实例
参考书目录
[1]《电子材料导论》,李言荣、恽正中主编,清华大 学出版社,2001年出版。 [2]《电子材料》,贾德昌等编著,哈尔滨工业大学出 版社,2000年出版。 [3]《电子材料》,陈鸣主编,北京邮电大学出版社, 2006年出版。
现代电子元器件-集成电路芯片
碳纳米管勇闯晶元厂
電極 奈米碳管 電晶體 二氧化矽層 矽化物層
連結導線 矽晶圓
现代电子元器件-液晶显示器
TFT-LCD:
在两层玻璃板间夹一层液晶材料,其中上层玻 璃板为彩色滤光片,下层玻璃上镶嵌电晶体。
当电流通过电晶体时发生电场变化,造成液晶 分子发生偏转,籍以改变光线的偏振性;再利 用偏光片来确定像素(Pixel)的明暗状态。
通常导电高分子的结构特征是由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(p型掺杂)或 对阳离子(n型掺杂)。
导电高分子的类型 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; 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、层积复合、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;
按化学组成划分:无机电子材料和有机电子材料: 无机电子材料以可分为金属材料(以金属键结合)和非金属材料 (以离子键和共价键结合) 有机电子材料主要是指高分子材料(以共价键结合)
探讨有机导电高分子材料的导电机制

探讨有机导电高分子材料的导电机制摘要:导电高分子的研究起源于二十世纪七十年代,其应用前景十分广阔,因此受到了十分广泛的关注与重视,甚至逐渐成为了国际上十分活跃的一种研究领域,对其的研究也开始由实验室的研究朝着实践应用方面的发展,并广泛及普遍的将其推广到能源、信息与传感器等方面。
本文首先分析了导电高分子材料的种类与发展趋势,继而重点分析了有机导电高分子材料的实际导电机制,并且在研究的过程中逐步提出其未来的发展方向。
关键词:导点高分子;导点机制;导点材料引言高分子材料的机械性相对明显,并且其同样可以用作结构类材料。
现如今的高分子材料已经逐渐的覆盖了绝缘体、金属与半导体等领域。
所谓有机化合物,主要包含有P电子与R电子两类。
R电子作为成键电子,有着较高的键能,但是其离域性小,同时还被称为定域电子。
P电子的出现,是两个成键原子中P电子重叠所得。
一旦P电子出现了被孤立的情况,十分可能会导致出现有线离域性,电子可以围绕着原子核的四周转。
伴随着P共轭体系数量的逐步增加,离域性同样逐步提升。
一、导电高分子材料的种类(一)复合型导复合导电高分子材料发挥作用的主要是充负荷材料,其获得的方式主要包含表面混合或者是层压普通聚合物材料与各种导电材料。
负荷型导电高分子材料有着比较的种类,具体来说主要包含有涂料、塑料与橡胶等。
其具体的性质与导电填料的实际种类、使用料,实际的颗粒度和状态与其在聚合物材料中的世界处于一种紧密连接的状态。
往往会选择与其在聚合物材料中的世界分散状况连接起来。
普遍情况下可以选择使用粉末金属、炭有金属纤维等,将其用作高分子的导电类的填料用处。
(二)结构型这一材料指的是具备电功能的聚合物类材料,它不仅有着导电功能,同时也掺杂了其他的材料。
这一次材料的导电率并不同,具体可以将其分之为聚合物金属、聚合物超导体、高分子半导体等。
从导电机制的差异角度看来,其可以充分分之为离子导电聚合物与电子聚合类材料。
电子导电聚合物材料其结构特征之时,一般包含平面大共轭体系或者是线性,将光与热的作用充分发挥出来,将π电子激活,继而逐渐将导电的效用利用起来,在半导体的范围中,主要包含有电导率。
导电高分子材料的历史_现状与发展趋势

要 介绍掺杂 型 和复合 型导 电高 分子 的历 史
、
现状和 发展趋势
。
复合 型 导 电高 分子 材料
选 用物 理 性能适 宜 的聚 合物
如聚 乙 稀
、
好 导 电性 的超微 金属
接剂
、
如银
、
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,
与 具有 良 金 属 氧化 物 炭 黑 等混 配 复合制成 导 电塑 料 导 电粘
、
、
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、
、
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、
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7 8 8 年 日本 东京 工 学 院 的 9 记 : ; = > < <
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,
八 十 年代后 通 过 采用 一 系列新 的 制 备技术
,
,如在液 晶溶液 中,源自“前驱 法,
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不仅大 大提高 了导 电率
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。
而 且 加工 性能 也 得到改 善
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、
其 电导率 已超 过
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功能高分子导电高分子

第五章 导电高分子
1.3.2 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、层积复合、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。
第五章 导电高分子
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 的物质如炭黑、金属粉末等获得的。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,人们对它们有 着极大的兴趣。复合型导电高分子用作导电橡胶、 导电涂料、导电粘合剂、电磁波屏蔽材料和抗静电 材料,在许多领域发挥着重要的作用。
导电高分子 (Conducting Polymers)
本章主要内容
一、前言 二、导电高聚物的定义,分类 三、导电高聚物的导电机理
四、导电高聚物的应用
一、前言
1
2 3
绝缘体
半导体 导体 超导体
< 10-10
按电学性能分类
10-10~102
>102
4
电导率 , s/cm (西门子/厘米) 通常,聚合物材料属于绝缘体范畴。
座右铭:去冒险吧
麦克迪尔米德小传 (Alan G. MacDiarmid,1929~)
1927年生于新西兰。 曾就读于新西兰大学、美国 威斯康星大学以及英国剑桥 大学。 1955年开始在宾夕法尼亚大 学任教。 1973年开始研究导电高分子 2000年获诺贝尔化学奖
发表过六百多篇学术论文 拥有二十项专利技术
2、导电高分子的发现
1970’s
1971 1862 1916 1957 1967 1968
高分子背景及前沿

高分子背景及前沿高分子化学作为化学的一个分支,同样也是从事制造和研究分子的科学,但其制造和研究的对象都是大分子,即由若干原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子,称为高分子、大分子或聚合物。
既然高分子化学是制造和研究大分子的科学,对制造大分子的反应和方法的研究,显然是高分子化学的最基本的研究内容。
早在19世纪中叶高分子就已经得到了应用,但是当时并没有形成长链分子这种概念。
主要通过化学反应对天然高分子进行改性,所以现在称这类高分子为人造高分子。
比如1839年美国人G oodyear发明了天然橡胶的硫化;1855年英国人Parks由硝化纤维素(guncotton)和樟脑(camphor)制得赛璐珞(celluloid)塑料;1883年法国人d e Chardonnet发明了人造丝rayon等。
可以看到正是由于采用了合适的反应和方法对天然高分子进行了化学改性,使得人类从对天然高分子的原始利用,进入到有目的地改性和使用天然高分子。
回顾过去一个多世纪高分子化学的发展史可以看到,高分子化学反应和合成方法对高分子化学的学科发展所起的关键作用,对开发高分子合成新材料所起的指导作用。
比如70年代中期发现的导电高分子,改变了长期以来人们对高分子只能是绝缘体的观念,进而开发出了具有光、电活性的被称之为“电子聚合物”的高分子材料,有可能为21世纪提供可进行信息传递的新功能材料。
因此当我们探讨21世纪的高分子化学的发展方向时,首先要在高分子的聚合反应和方法上有所创新。
对大品种高分子材料的合成而言,21世纪初,起码是今后10年左右,metallocene 催化剂,特别是后过渡金属催化剂将会是高分子合成研究及开发的热点。
活性自由基聚合,由此而可能发展起来的“配位活性自由基聚合”,以及阳离子活性聚合等是应用烯类单体合成新材料(包括功能材料)的重要途径。
对支化、高度支化或树枝状高分子的合成及表征,将会引起更多的重视。
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超导高分子聚合物的研究进展.txt爱情就像脚上的鞋,只有失去的时候才知道赤脚走路是什么滋味骗人有风险,说慌要谨慎。
不要爱上年纪小的男人,他会把你当成爱情学校,一旦学徒圆满,便会义无反顾地离开你。
摘要:本文介绍了超导和导电高分子材料简要发展,对超导和高分子材料两个学科的交叉前景做了展望,并对有机高分子超导聚合物的可能性做了一个初步的展望。
关键词:超导、导电高分子、有机、研究、发展一、超导的发现1911年,荷兰科学家Onnes意外地发现,将汞冷却到-268.98C时,汞的电阻突然消失[1];后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性。
导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失,被称作零电阻效应,此时的导体变为“超导体”。
这一发现引起了世界范围内的震动,他也因此获得1913年诺贝尔奖物理学奖。
超导体没有电阻,电流流经超导体时就不发生热损耗,电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流而无损耗,也可以产生超强磁场。
超导的发现不仅有极大理论价值,而且展现了极好的应用前景。
超导的神奇性,以及其表现出的诱人的前景吸引了世界各地的众多科学家投身于超导的研究,1957年美国科学家Bardeen、Cooper、Schrieffer三人密切合作,在前人研究的基础上,成功的提出了第一个超导微观理论,并以他们三人名字的第一个字母命名为BCS理论[2],BCS 理论可以比较好的解释一些超导现象,对超导的发展起到了相当的促进作用,他们三人也因此获得1972年诺贝尔物理学奖,但他们的理论在无法更好的解释高温超导。
经过多年的发展,目前超导材料也从纯的金属扩大到合金、陶瓷和有机物,特别是陶瓷超导体是目前高温超导研究的热点。
1986年瑞士科学家Bednorz和Muller发现了转变温度为36K的 La-Ba-Cu-O 超导体[3]。
这类超导体属于新的合成陶瓷材料,拓宽了超导材料的研究范围,对新的超导材料的研究具有极大的指导作用,同时也揭开了高温超导发展的序幕,各国科学家相继展开了研究高温超导的竞赛,并不断打破超导转变温度的记录,Bednorz和Muller也因其成果对超导研究的重大意义,获得1987年诺贝尔奖物理学奖。
而据2009年10月10日最新的报道[4],新的超导材料(Tl4Ba)Ba2Ca2Cu7O13+,其转变温度已达254K(-19.6℃),我们家庭用普通的冰箱冷冻室温度就可以达到零下20℃,在此条件下新材料就可以实现超导。
这一结果给了人们极大的鼓舞,相信下一步室温超导材料的出现,将会为超导的应用提供更加坚实的基础。
二、有机超导理论的提出1964年,美国科学家Little推测[5],有可能制得有机超导。
他认为,在一维有机聚合物中可能存在超导体,并且其超导转变温度比室温高很多。
在他提出的模型中因为在有机物中很少存在游离的电子,电子可以通过极化而形成的电子对的激子机制和传统的通过交换声子形成电子对的超导机制不同。
他还设计了具体的化学结构,即由一个高导电性的主链和有较低的电子激化能级且有较大极化率的侧链组成的模型,并计算了其超导转变温度,可高达2200K。
在Little模型的基础上,Ginzburg提出了金属-电介质薄膜二维体系的模型[6],避免了Little模型中必须具有的金属导电性主链和产生的晶格畸变导致一维体系产生绝缘性的问题。
但是也许由于其有机超导理论的不完善性或化学结构的复杂性,一直没有实验证实其设想。
其实在那个时候,别说高分子超导,就是高分子自身的导电性都还没有被系统的研究,更别说具有超导性质的高分子材料了。
三、有机超导的发现法国科学家Jerome于1980年发现了第一个有机超导体[7],以四甲基四硒富瓦烯(TMTsF)为基础的化合物,其分子结构是(TMTSF)2PF6,该材料在12kbar的压力下,超导转变温度 Tc 为0.9K。
1991年美国科学家Hebard发现了K3C60,这是布基球C60的一种钾盐,其转变温度为 19K[9]。
后来,科学家们又研究了多种C60和类似结构碳材料的超导性能,这类超导体属于三维结构,是一种很有前途的有机超导体。
以往的超导体都是金属材料,金属材料中含有自由的电子,容易形成电流。
有机材料通过共价链连接,电子受束缚,因此不易形成电流,成为超导体更不容易。
有机超导的发现,为超导材料的发展提供了新的思路。
但目前发现这些有机超导都是小分子材料,小分子材料在加工性能不是太好,其研究和未来可能的应用必然会受到限制。
四、导电高分子的发明1976年,白川英树、Heeger和MacDiarmid研究发现,聚乙炔经过搀杂后可从绝缘体变为铜一样的导体[11]。
导电高分子材料的出现,从此开创了高分子领域一个新的天地,他们三人也因此获得了2000年诺贝尔化学奖。
经过30多年的发展,导电高分子材料已经从实验室逐渐走向实用。
导电高分子材料也从最初的聚乙炔发展到聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙烯咔唑、聚对苯乙烯、C60聚合物复合体系等数十种高分子化合物。
导电高分子的发现,改变了人们传统对塑料、橡胶等高分子材料是电、热等的不良导体的观念。
同时,科学家们对导电高分子的导电机理的研究,也有很高的理论价值。
目前研究的导电高分子其导电性,多属于半导体范围,其应用的领域也和半导体相似,如发光二极管、太阳能电池、传感器、防静电、防电磁等应用领域。
导电高分子发明至今,如何增加其导电性,制造出高导电性高分子材料、甚至超导材料成了科研工作者追求的目标。
五、高分子材料在超导中的应用目前,高温超导材料的研究重点是陶瓷合金材料,陶瓷合金材料的加工性能不是太好,而目前制备的高温超导陶瓷合金材料极易与水、酸、CO2、CO等反应,因此在通常环境下超导陶瓷合金材料接触这些物质会缓慢分懈,逐渐失去超导性,不易保存。
科研工作者就利用高分子材料的特性,在高温超导陶瓷合金材料中加入高分子材料或高分子材料中加入高温超导陶瓷合金材料,制备复合材料,提高超导陶瓷合金材料的性能,并改善其加工性。
而导电高分子由于其自身的导电性,和超导陶瓷合金材料复合,不仅加强其他高分子材料的优点外,更赋予复合材料优秀的电性能。
Tonoyan、Davtian等[12]用高分子量PE或PMMA和超导陶瓷材料(Y1Ba2Cu3O7?x)在200C加热粘结成型得到的复合材料,超导转变温度在96-94K。
试验发现此类复合材料在处理过程中受热和氧化作用,超导性能有所降低,但在玻璃化温度和氧气氛中热处理后,可以恢复此复合材料的超导性。
方加星[13]为了改善高温超导陶瓷的抗弯强度,使用一种热塑性有机聚合物甲基丙烯酸甲酯与具有不同气孔率的陶瓷试样采用不同的压力进行单向加压、干压成形,提高了超导陶瓷材料的抗弯强度和弹性模量,但不影响其电学性能,实验结果表明聚合物对超导陶瓷材料的临界转变温度、转变温度的范围以及迈斯纳效应没有明显的影响。
Steven和John用化学和电化学方法把聚吡咯或聚3-烷基噻吩沉积在铜氧化物材料上,并用这种掺杂材料制备了导电聚合物/超导电子器件,试验发现了这种结构超导感应的初步证据[14]。
王卫华、赵良仲等[15]通过电化学和化学途径在YBa2Cu3O7超导体表面制备了导电高分子聚吡咯膜,用以保护超导体不受环境作用的影响。
实验结果发现化学法制备的聚吡咯和聚氯乙烯混和材料包覆在YBa2Cu3O7超导体表面导体不仅保持原有超导性,而且有很好的保护超导体免遭环境中酸和水反应破坏的能力。
高分子材料和和超导陶瓷合金材料复合的优越性能,使众多科技工作者加入这一研究领域,可以应用的有PE、PMMA、尼龙等常规高分子材料,几乎所有导电高分子以及其他特殊结构的高分子材料。
六、超导高分子聚合物的研究进展1975年美国科学家Greene等[16]在实验中发现链状聚合物-聚氮化硫(PSN) 具有超导电性,这是世界上发现的第一个具有超导的聚合物。
虽然其转变温度仅为0.26K,这一超导聚合物的发现,具有极大理论意义。
1989年,俄罗斯科学家报道了在经过长期氧化的聚丙烯体系中发现了室温超导体[17] ,其超导转变温度达300K,但是没有看到后继报道,成为孤证。
不过这种高分子材料掺杂得到超导材料的思路和超导陶瓷合金材料的思路很接近。
2001年美国贝尔实验室宣布研制出具有超导性能的塑料,该材料用氧化铝合金制成一种金属薄片,并在其上涂一层聚噻吩薄膜,在绝对温度4K时,在它们形成的电场中,电子可以无损耗地通过聚噻吩薄膜,这表明聚噻吩具有超导的特性[18]。
在当时该成果被认为超导研究开辟了新的途径,具有重大的科研和商业价值,但是后来因为其他科学家无法重现这一试验结果而受到质疑。
根据Little的设想,有机超导的模型由一个高导电性的主链和有较低的电子激化能级且有较大极化率的侧链组成的。
在导电高分子没有发明之前,高导电性的主链无法实现。
现在,导电高分子材料经过30多年的发展,导电高分子电导率大大提高,利用导电高分子材料构建高导电性的主链成为可能,这也为超导高分子的研究提供了一条思路。
超导高分子材料的研究属于前沿的交叉学科,而交叉学科往往蕴藏着科学发现的金矿。
虽然超导高分子材料从理论上讲具有广阔的应用前景,但对于超导高分子材料的研究报告一直处于零散的状态,特别是有机超导高分子材料偶有报道,说明其实验的数据结果等没有得到广泛的认可。
一方面说明超导高分子材料研究的难度,从另一方面也说明超导高分子材料研究有很大的空间。
七、展望在超导发展历史中,Bednorz和Muller发现超导陶瓷材料,掀起了一轮研究高温超导材料的热潮,不久,打破了BCS理论关于超导温度上限(39K)预测的限制,他们两人也在短短一年后获得诺贝尔奖,为诺贝尔奖史上罕见。
而且,他们的发现是从原先人们认为的绝缘体--陶瓷材料取得突破的。
而高分子材料从传统的绝缘体到导电高分子,是一个材料科学的一个巨大进步,同时贡献了2000年诺贝尔化学奖。
而从导电高分子到超导高分子将会带给我们一个什么样的期待?当然,真正结构性的超导高分子的实现,不仅具有相当的理论价值,也有将为广泛的应用前景。
但高分子材料在超导中的应用,更有可能首先实现的就是高分子和和超导陶瓷合金复合材料,而最近超导陶瓷的最新进展(Tc温度-19.6℃)也为超导的发展展示了更为光明的前景。
如果超导材料能够实现室温的突破,再加上高分子材料的加工性能,高分子和和超导陶瓷合金复合材料就真正的走进我们的日常生活。
而真正结构性的超导高分子的实现将毫无疑问的结果就是可以拿下一个诺贝尔奖,而且对比陶瓷合金结构的超导出现后的情形,结构性的超导高分子出现必将引起研究的***。
但这个果实是否能够由中国人来实现?我们有一个期待。
记得杨振宁曾说过,中国有可能在20年内获得诺贝尔奖。