《导电高分子材》ppt课件

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1、导电高分子材料——148寝室徐勤富王加杰顷文飞陈健塑料如何能变得导电？塑料基本上是聚合物，就好象珍珠项链一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，这种过程称为掺杂如下图的小游戏提供一个简单的模型来说明一个掺杂的聚合物发生的状况，如果不是因为其

2、中有一个空洞，整个数字盘中的数字方块就无法移动，在掺杂过的导电塑料中也如这个游戏一般，想象每一个数字方块就好象是一个电子，由于有一个空洞的存在，电子就能够在其中顺利的移动，当然这个模型是过度简化的导电高分子材料的导电机理半导体到导体的实现途径－掺杂(doping)在共轭有机分子中σ电子是无法沿主链移动的，而π电子虽较易移动，但也相当定域化，因此必需移去主链上部分电子(氧化)或注入数个电子(还原)，这些空穴或额外电子可以在分子链上移动，使此高分子成为导电体。导电高分子材料的导电机理导电高分子材料的掺杂途径氧化掺杂(p-doping):[CH]n+3

3、x/2I2——>[CH]nx++xI3-还原掺杂(n-doping):[CH]n+xNa——>[CH]nx-+xNa+添补后的聚合物形成盐类，产生电流的原因并不是碘离子或钠离子而是共轭双键上的电子移动。导电高分子材料的导电机理导电高分子材料的共同特征－交替的单键、双键共轭结构聚乙炔由长链的碳分子以sp2键链接而成，每一个碳原子有一个价电子未配对，且在垂直于sp2面上形成未配对键。其电子云互相接触，会使得未配对电子很容易沿着长链移动，实现导电能力。导电高分子材料的导电机理掺杂导电高分子材料的导电机理碘分子从聚乙炔抽取一个电子形成I3－，聚乙炔分子形

4、成带正电荷的自由基阳离子，在外加电场作用下双键上的电子可以非常容易地移动，结果使双键可以成功地延着分子移动，实现其导电能力。2000年诺贝尔化学奖得主美国物理学家Heeger美国化学家MacDiarmid日本化学家ShirakawaG.MacDiarmidH.ShirakawaJ.Heeger世界上第一种导电聚合物：掺杂聚乙炔1977年，美国化学家MacDiarmid，物理学家Heeger和日本化学家Shirakawa首次发现掺杂碘的聚乙炔具有金属的特性。并因此获得2000年诺贝尔化学奖一材料导电能力的差异与原因电导率材料导电能力的差异与原因能带

5、间隙(EnergyBandGap)金属之Eg值几乎为0eV，半导体材料Eg值在1.0~3.5eV之间，绝缘体之Eg值则远大于3.5eV。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电导率，S/m未掺杂型顺式聚乙炔反式聚乙炔1.7×10－74.4×10－3p－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5.5×1041.2×1055×1031×105n－掺杂型（还原型）萘基钾掺杂萘基钠掺杂2×104103～104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

6、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。高分子材料导电能力的影响因素共轭链长度对导电高分子材料导电能力的影响π电子运动的波函数在沿着分子链方向有较大的电子云密度，并且随着共轭链长度的增加，这种趋势更加明显，导致聚合物电导率的增加。高分子材料导电能力的影响因素温度对导电高分子材料导电能力的影响对金属晶体，温度升高引起的晶格振动阻碍其在晶体中的自由运动；而对于聚乙炔，温度的升高有利于电子从分子热振动中获得能量，克服其能带间隙，实现导电过程。导电高分子材料的研究进展1974年日本筑波大学H.Shirakawa

7、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。Ti(OC4H9)4Al(C2H5)3H－C≡C－H1000倍催化剂温度10－8～10－7S/m10－3～10－2S/m导电高分子材料的发现导电高分子材料的研究进展1975年，G.MacDiarmid、J.Heeger与H.Shirakawa合作进行研究，他们发现当聚乙炔曝露于碘蒸气中进行掺杂氧化反应(doping)后，其电导率令人吃惊地达到3000S/m。聚乙炔的掺杂反应导电聚合物是由具有共轭∏键的聚合物经过化学或电化学的掺杂

8、而形成的导电聚合物除了具有高分子聚合物的一般的结构特点外还含有一价的对阴离子（P型掺杂）或对阳离子（N型掺杂）导电聚合物最引人注目的一个