最新导电高分子材料(1)ppt课件.ppt

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1、导电高分子材料(1)导电高分子一、导电高分子分类二、导电机理与结构特征三、导电能力的影响因素四、电子导电聚合物的制备方法五、导电高分子的应用导电高分子的分类3导电聚合物复合型导电高分子材料：有普通的高分子结构材料与金属或碳等导电材料，通过分散，层合，梯度聚合，表面镀层等复合方式构成，其导电作用主要通过其中的导电材料来完成。结构型导电高分子材料：其高分子本身具备传输电荷的能力7④π价电子两个成键原子中p电子相互重叠后产生π键，构成π键的电子称为π价电子。当π电子孤立存在时这种电子具有有限离域性，电子在两个原子之间可以在较大范围内移动。当两个π键通过一个σ键连接时，π电子可以在两个π键之间

2、移动，这种分子结构称为共轭π键。导电机理与结构特征导电机理与结构特征所有已知的电子导电型高分子材料的共同结构特征为分子内具有非常大的共轭π电子体系，具有跨键移动能力的π价电子成为这一类高分子材料的唯一载流子。例如聚乙炔，聚芳香烃和芳香杂环。9导电机理与结构特征常见电子导电高分子材料的分子结构：10导电机理与结构特征π电子虽具有离域能力，但它并不是自由电子。因为电子若要在共轭π电子体系中自由移动，首先要克服价带与导带之间的能级差。因此，这一能级差的大小决定了共轭性聚合物的导电能力的高低。11导电机理与结构特征而减小能级差，改变能带中电子的占有状况，提高导电高分子材料导电能力。实现这一目标

3、的首要手段之一就是“掺杂”。什么是导电高分子的掺杂呢？纯净的导电聚合物本身并不导电，必须经过掺杂才具备导电性掺杂是将部分电子从聚合物分子链中迁移出来从而使得电导率由绝缘体级别跃迁至导体级别的一种处理过程导电聚合物的掺杂与无机半导体的掺杂完全不同导电高分子的掺杂与无机半导体的掺杂的对比目前掺杂的方式主要有两种：氧化还原掺杂：可通过化学或电化学手段来实现。化学掺杂会受到磁场的影响遗憾的是目前为止还没有发现外加磁场对聚合物的室温电导率有明显的影响质子酸掺杂：一般通过化学反应来完成，近年发现也可通过光诱导施放质子的方法来完成还有掺杂—脱掺杂—再掺杂的反复处理方法，这种掺杂方法可以得到比一般方法

4、更高的电导率和聚合物稳定性掺杂过程及掺杂剂15掺杂方法p-型掺杂：在高分子材料中加入氧化剂，在其价带中除掉一个电子形成半充满能带（产生空穴）。由于与氧化反应过程类似，也称为氧化型掺杂。p-型掺杂剂均为氧化剂。如FeCl3,作为电子受体。n-型掺杂：在高分子材料中加入还原剂，在其导带中加入一个电子形成半充满能带（产生自由电子），过程与还原反应过程类似，称为还原型掺杂。n-型掺杂剂均为还原剂，如碱金属，作为电子给体。掺杂的作用16p-型掺杂时：掺杂剂从聚合物的π成键轨道中拉走一个电子，使其呈现半充满状态，该分子轨道能量升高，更接近导带能量。n-型掺杂时：掺杂剂将电子加入聚合物的π空轨道中，

5、同样形成半充满状态，其分子轨道能量下降，向价带能量靠近。结果是能带间的能量差减小，电子的移动阻力降低，使线性共轭导电聚合物的导电性能从半导体进入类金属导电范围。聚合物的掺杂过程直接影响导电聚合物导电能力，掺杂方法和条件的不同直接影响到导电聚合物的物理化学性能18电子导电聚合物的性质总之，所有以上掺杂的目的都是为了在材料中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电子能带的能级，出现能量居中的半充满能带，减小能带间的能量差，在产生大量载流子的同时使自由电子或空穴迁移时的阻碍减小。电子导电聚合物的性质各种掺杂聚乙炔的导电性能20电子导电聚合物的性质电子导电聚合物的性能与应用

6、导电能力缺点非掺杂半导体电导率低掺杂后可超过碳黑化学稳定性差其次，导电聚合物溶解性差，有一定的加工难度应用：抗静电材料、屏蔽材料、二次电池电极材料材料、微波材料等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。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金属材料和复合导电型聚合物的温度系数是正值，即温度越高，电导率越低，电阻率增大，属于正温度系数效应。而以聚乙炔为代表的电子导电聚合物其电阻率随着温度的升高而下降，属于负温度系数效应：即随着温

7、度的升高，电阻率减小，电导率增加。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聚合物内的价电子更倾向于沿着线型共轭的分子内部移动，因此共轭链越长，越有利于自由电子沿着分子共轭链移动，电导率也就越大。24电子导电聚合物制备方法电子导电聚合物是由线性大共轭结构组成的，因此导电高分子材料的制备研究就是围绕着如何通过化学反应形成这种共轭结构开展。共轭聚合物的几种合成路线25电子导电聚合物制备方法直接法：利用某些单体直接通过聚合反