《高分子电功能材》ppt课件

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1、高分子电功能材料导电高分子电子导电高分子离子导电高分子电活性高分子复合型导电高分子本征型导电高分子压电、热电高分子电致发光高分子电致变色高分子聚合物修饰电极课件:http://polymer.ustc.edu.cn/liu/FP/2.ppt1第一部分导电高分子第一节导电高分子概述1.1导电性质的宏观物理量高分子的导电性能跨度很大，从绝缘性能最好的聚四氟乙烯（导电率与石英相当），到导电性能最好的聚乙炔（掺杂后导电率接近铜）。绝大多数高分子材料作为绝缘材料使用，少量作为导电材料，现在有部分高分子还可作为半导体使用。材料的导电性由电阻率(r)和电导率(s)这两个物理量来表征,它们互为

2、倒数。单位分别为：欧姆/厘米(W·cm)和西门子·厘米(S·cm-1)。电阻率和电导率与材料的尺寸和形状无关，是物质的本征参数。2常见高分子材料与无机、金属材料的导电性能比较电导率（s/cm）10-1810-1610-1410-1210-1010-810-610-410-21102104106石英硫金刚石硫化镉硅锗InSbBi银铜未掺杂导电聚合物聚四氟乙烯聚己内酰胺聚酯尼龙热解聚合物复合导电聚合物石墨掺杂导电聚合物3不同材料的导电率范围材料电导率(S·cm-1）典型代表绝缘体＜10-10石英、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯半导体10-10～102硅、锗、聚乙炔导体102～108

3、汞、银、铜、石墨、掺杂聚乙炔超导体＞108铌(9.2K)、铌铝锗合金(23.3K)、聚氮硫(0.26K)42000年Nobel化学奖得主的工作很长一段时间，高分子电学性能的研究局限于绝缘性、压电和热电性质，也有利用高分子作为基质制备复合型导电材料的研究。A.J.Heeger、A.G.MacDiarmid和H.Shirakawa发现掺杂聚乙炔具有导电特性以来，有机高分子不能作为导电材料的概念被彻底改变。5第一节导电高分子概述1.2导电体的载流子物质内部带电粒子在电场作用下定向移动而形成电流，材料因此具有导电性。这些带电粒子可以是电子或空穴，也可以是正、负离子，它们统称为载流子。根

4、据载流子的类型，导电材料可分为：1.2.1电子导电高分子和离子导电高分子电子导电高分子共轭高分子：如聚乙炔、聚噻吩和聚苯胺等；氧化还原型：如某些氧化还原树脂；离子导电高分子（又称固体电解质）由柔性、溶剂化能力较强的聚合物和较易电离的锂盐构成，两者形成固体复合物。61.2导电体的载流子1.2.2载流子和电导率载流子的定向移动形成电流，因此导电率与载流子的浓度和运动速度有关。载流子的迁移率（m）载流子的迁移速度ν通常与外加电场强度E成正比，式中的比例常数m为载流子的迁移率，是单位场强下载流子的迁移速度，单位为cm2·V-1·s-1。电导率和微观物理量载流子的浓度（单位体积中载流子数

5、目）为N，每个载流子所带的电荷量为q。71.3导电高分子的类型1.3.1按载流子划分电子导电高分子和离子导电高分子1.3.2按照结构与组成划分本征导电高分子和复合导电高分子本征导电高分子分子导电高分子（不同于金属晶体导电物质），导电性能与化学结构、聚集结构密切相关。共轭高分子：p电子和空穴的定向移动；具有大的p共轭体系氧化还原型：电子的定向转移；有可进行可逆氧化还原反应的活性基团；离子导电高分子：离子的定向移动；可溶剂化柔性高分子、高迁移率的离子（Li+）;81.3导电高分子的类型1.3.2按照结构与组成划分复合导电高分子（高分子作为基质，加入导电材料）导电机制：导电材料构成导

6、电通道导电材料可为金属、碳材料和本征导电高分子导电性能取决于导电材料的性质、尺寸和形状、化学稳定性类型按高分子：导电塑料、导电橡胶、导电涂料和导电粘合剂按导电材料的分布：分散复合、层状复合、表面复合和梯度复合；91.4导电高分子的电学性质在电场作用，高分子导电材料表现出不同的电学性质电压与电流关系：符合欧姆定律的有本征导电高分子和复合型导电高分子；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（negativetemperaturecoefficient）：电阻率随温度升高而降低；如本征导电高分子。PTC导电材料（positive

7、temperaturecoefficient）：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）。如线形共轭高分子101.4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（eletroluminecence）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。材料在光能作用下