导电高分子材料 课件.ppt

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1、导电高分子材料目录导电高分子简介聚吡咯（PPy）PPy的合成方法PPy的聚合机理导电高分子基纳米复合材料导电高分子基纳米复合材料的应用导电高分子简介导电高分子也叫“本征型导电高分子”、“电活性高分子”、“共轭高分子”或“合成金属”，是指聚合物主链上含有大的共轭π键的高分子。在导电高分子中，每个C原子上有一个未成对电子，即π电子。而且在π-π键中，C原子的轨道是sp2pz，相邻的C原子轨道在主链方向有重叠，导致电子可以在聚合物主链方向上发生离域。这种电子离域效应为电荷在聚合物主链上的移动提供了“高速公路”。BengtRanby教授指定导电高分子为“第四代聚合物材料”。导电聚合物

2、有很多优异的性质，如其电导率的可调节范围宽，几乎可以跨越绝缘体到半导体甚至导体的范围，分子的掺杂和脱掺杂是一个可逆的过程，带隙可以通过分子水平的设计来控制，而且由于导电高分子本身属于聚合物，所以也具有较好的加工性能。因此，自从20世纪70年代中期被发现以来，受到了广泛的关注，迅速发展。导电高分子的发现者AlanMacDiarmid，AlanHeeger，和HidekiShirakawa也在2000年的时候被授予了诺贝尔化学奖。导电高分子可以通过电掺杂、化学掺杂和光掺杂等多种方式实现掺杂。导电高分子的应用领域非常的广，包括电子学、光学、储能材料、传感器、生物诊断和治疗、生物成像

3、等众多领域，是一种新兴的智能材料，正在被人们广泛的研究。其中聚吡咯是研究的最多的导电高分子之一。2000年诺贝尔化学奖几种典型的导电高分子的结构（中性态）聚吡咯polypyrrole（PPy）PPy与其它常见的导电高分子相比，电导率较高，可调节范围宽，氧化态的聚吡咯在空气中的稳定性相对较好，而且PPy的制备方法简单，在温和的反应条件下也能够制备聚吡咯，因此具有广阔的应用前景，受到了学者们的广泛关注。目前已经在传感器、超级电容器、微驱动器、金属防腐涂层、抗静电涂层和可充放电电池方面有了初步的应用。如图1-1所示为吡咯单体的结构示意图，吡咯单体是含有N的五元杂环分子，由于分子中的

4、仲胺基的作用，吡咯单体具有弱碱性。PPy的合成方法在制备PPy的过程中，目前比较常用的方法是电化学法和化学法，光化学法和酶催化聚合也开始有报道。不同的聚合方法得到的PPy的状态不一样，化学法得到的PPy通常为粉末状的产品，电化学法得到的则为膜状的产品，酶催化法得到的是水分散液。因此，得到的PPy的化学性质和电化学性质也不同。1电化学法目前比较常用的三电极恒电势电化学聚合装置，这种体系能够有效的控制电势，最大程度的保障聚合过程的可重复性。辅助电极的位置很重要，它决定了生成的电场强度，能够直接影响沉积的聚合物的性质和均匀性。在两电极恒电流电化学法聚合中容易发生导电高分子的过氧化反

5、应，主要是由于电势不能很好的控制。在三电极电池中添加了参比电极，能更好的控制电势。2化学法聚合化学法制备的导电高分子可以为粉末状或胶体分散液，由于比较灵活，容易扩大化生产，而且最近几年来由于导电高分子基纳米复合材料的发展，也受到了越来越多的关注。化学法是制备导电高分子基纳米复合材料的重要方法。而且吡咯的化学法聚合甚至可以在中性的水溶液中很方便的进行，反应条件温和简单，更是受到了不少的青睐。化学法中尽管H2O2和很多过度金属盐，包括Ce4+、Cu2+、Cr6+、Mn2+等都被用于氧化吡咯，但是最常用的氧化剂主要是过硫酸铵（APS）和FeCl3。在水中或醇类溶剂（从甲醇到辛醇）中

6、得到的PPy的电导率比在乙腈、四氢呋喃、氯仿、或苯中得到的PPy的电导率高。化学聚合的温度通常都在0℃到室温之间。3酶催化聚合目前关于酶催化聚合的报道仍比较少。Samuelson研究组报道了环境友好的酶催化法，在水溶液中通过大豆过氧化物酶的催化，合成了聚吡咯衍生物聚(3-甲基吡咯)和吡咯与二氧乙烯基噻吩（EDOT）的共聚物。PPy的聚合机理早期学者们都是通过电化学的方法制备PPy，关于吡咯氧化聚合的机理也都是在电化学体系，即电极的表面进行的。自从1979年，Diaz等用电化学的方法制备出了电导率高、空气稳定性好的PPy自支撑膜后，吡咯电化学氧化聚合的机理就受到了广泛的研究。学

7、者们通过使用循环伏安法（cyclicvoltammetry），计时库仑分析法（chronocoulometry），计时电流分析法（chronoamperomery），计时光谱分析法（chronoabsorptometric），微电极（microelectrode），电化学石英晶体微天平（electrochemicalquartzcrystalmicrobalance），快速电势阶跃技术（fastpotentialsteptechnique）等方法对吡咯及吡咯衍生物的聚合及聚合物在电极表面的沉积机理进行了