导电性精细高分子

《精细高分子》课程论文题目:导电性精细高分子的研究进展姓名:刘善勇班级:应用化学1311学号:13200109122指导老师：钱永日期：2016/4/17导电性精细高分子的研究进展摘要：本文介绍了导电性精细高分子的结构特征、导电机理及其应用领域,综述了近些年来导电性精细高分子材料研究领域的进展状况。关键词：导电性精细高分子导电机理应用进展正文：高分子材料目前几乎与所有工业有关。合成新的高分子材料去满足多种工业的要求是化学化工工作者的重要任务之一。有机高分子材料的传统特性之一是其绝缘性,并被人们充分认识和广泛应用。现代科学技术的发展又希望加工性能好的高分子材料具有导电性。1975年A.G.MacDiarmid、A.J.Heeger与H.Shirakawa合作研究，将无机导电聚合物研制与有机导电聚合物研制相结合。此后，人们对共轭聚合物的结构和认识不断深入和提高，导电高分子领域诞生了。导电高分子特殊的结构和优异的物理化学性能使它成为材料科学的研究热点,作为不可替代的新兴基础有机功能材之一,导电高分子材料在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件,以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术上有着广泛、诱人的应用前景。一、导电性精细高分子的分类按结构和制备方法不同将导电高分子材料分为复合型与结构型两大类【1】。1.1复合型导电高分子材料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、导电胶黏剂、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关系。复合型导电高分子所采用的复合方法主要有两种【2,3】:一种是将亲水性聚合物或结构型导电高分子与基体高分子进行共混,另一种则是将各种导电填料填充到基体高分子中。根据导电填料的不同，又可分为碳黑填充型及金属填充型。复合型材料是目前用途最广用量最大的一种导电材料。由炭黑填充制成的复合型导电高分子是目前用途最广、用量最大的一种导电高分子材料【4】。1.2结构型导电高分子材料结构型导电聚合物是指高分子聚合物本身或经少量掺杂后具有导电性的高分子物质,一般用电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子给体或受体进行掺杂后制得【5】。结构型导电高分子材料具有有机高分子的低密度、易加工成型、又具有一定的导电性等优点。聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺目前已成为导电高分子的三大主要品种。I．聚吡咯(PPy)聚吡咯也是比较早发现并经过系统研究的导电聚合物之一。由于其合成简便，抗氧化性能良好，与其它导电高分子相比电导率较高、易成膜、柔软等优点而日益受到人们的关注。人们对其进行了广泛而深入的研究，并且逐渐向工业实际应用方向发展。聚吡咯已被用于制作生物感应器、功能分子膜、二次电池和非线性光学装置等。但纯聚吡咯难溶于常用的有机溶剂、机械延展性较差、加工困难、电导率不高、难以加工成型；II．聚噻吩(PTi)相对于其它几种导电高分子，导电聚噻吩因具有类似芳香环的结构，有很好的环境稳定性、易于制备、掺杂后具有很高的导电性和发光性能等特点而备受关注。并且作为高分子材料的一种，聚噻吩具有极其小的尺寸、丰富潜在的功能，导电能力可以从绝缘到接近金属范围内调控，并且经过加工还可以赋予材料以电学、光学及力学等特性。III．聚苯胺(PAn)MacDiarmid1983年发现聚苯胺的导电性，聚苯胺很快成为导电高分子研究的热点。因为聚苯胺良好的热稳定性和化学稳定性而成为当前研究最多的导电高分子之一。现在，已基本明确其化学、参杂反应、导电机理等重要问题。可溶性聚苯胺的合成可以说是导电高分子发展的一个里程碑。二、导电性精细高分子的导电机理2.1结构型导电聚合物导电机理物质的导电过程是载流子在电场作用下定向移动的过程【6】。高分子聚合物导电必须具备两个条件:（1）要能产生足够数量的载流子(电子、空穴或离子等)；（2）大分子链内和链间要能够形成导电通道。在离子型导电高分子材料中，聚醚、聚酯等的大分子链呈螺旋体空间结构，与其配位络合的阳离子在大分子链段运动作用下，就能够在螺旋孔道内通过空位迁移(“自由体积模型”)；或被大分子“溶剂化”了的阴阳离子同时在大分子链的空隙间跃迁扩散(“动力学扩散理论”)。对于电子型导电高分子材料，作为主体的高分子聚合物大多为共轭体系，长链中的Π键电子较为活泼，特别是与掺杂剂形成电荷转移络合物后，容易从轨道上逃逸出来形成自由电子。大分子链内与链间Π电子轨道重叠交盖所形成的导电能带为载流子的转移和跃迁提供了通道。在外加能量和大分子链振动的推动下，便可传导电流。2.2复合型导电高聚物导电机理复合型导电高分子材料的导电机理比较复杂。一般可分为导电回路如何形成以及回路形成后如何导电两个方面。碳黑填充型导电机理可用导电能带、隧道效应和场致发射来解释。三、导电性精细高分子材料的应用进展及发展趋势导电高分子材料与金属材料相比，具有质量轻、易成型、耐腐蚀性好、可选择的电导率范围宽、结构易变和半导体特性、具有高电导率、可逆氧化还原性、不同氧化态下的光吸收特性、电荷储存性、导电与非导电状态的可转换性等。目前主要用于导电衬料、可充电电池电极材料、光电显示材料、信息记忆材料、屏蔽和抗静电材料、电子器件、作为化学反应催化剂等方面。3.1雷电吸收材料-防静电、电磁屏蔽、防腐蚀导电聚合物作为新型的吸收材料倍受世界各国重视,国际上对导电聚合物雷达吸波材料的研究不仅已成为导电聚合物领域的一个新热点【7】,而且是实现导电聚合物技术实用化的突破口。3.2电导体通用高分子材料与各种导电性物质,如金属粉、炭黑等通过填充复合、表面复合等方式可以制成:导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂及透明导电薄膜等【8】。3.3导电塑料Macdiramid研究小组研制出纳米电子线路成本十分低廉，一块纳米电子线路板的成本仅为1美分。2005年日本东北大学宫下德治研究小组，利用LB膜法研制出了数十nm厚的导电高分子（聚噻吩）薄膜，使用它设计并试制了驱动原理采用电化学氧化还原反应的晶体管。试制出的晶体管在1.2V电压下工作，导通截止比为2000。具有可印刷、可弯曲的特点。3.4有机高分子导电涂料2005年日本信越聚合物公司在“第六届国际电子部件商贸展暨第六届印刷电路板EXPO”上，展出了导电率高达200s/cm以上的有机导电性高分子涂料。涂布时即使膜厚很薄，也能做到低电阻。可作为透明电极的水准，此外也可望用早显示器等光学薄膜以及光学滤镜的防静电用途上。导电高分子材料在美、日、德等国家的使用量已经达到较高的程度，需求量也不断增加，而我国导电高分子材料在电子、电器工业中的应用尚处于起步阶段。目前开发新的电子材料和相应的元件已引起各国科技工作者的重视，利用导电高分子材料的电极活性已在轻量、高能电池的商业应用上取得了成功。今后导电高分子的发展趋势为：(1)合成具有高导电率及在空气中长期稳定的导电聚合物，其中特别值得重视的是可加工的非电荷转移(单组分)结构型导电聚合物的研究。(2)有机聚合物超导体的研究。(3)对有机材料电子性能的研究，另一重要目标是开发出具有无机材料不可代替的新一代功能材料。导电聚合物的研究使人们对有机固体的电子过程了解更加深入。参考文献【1】蓝立文.功能高分子材料.西安；西北工业大学出版社，1995：124【2】张富强，王立新.永久性抗静电剂.塑料科技，1996，（1）：5【3】王克智.共混高聚物炭黑复合材料的导电特性.塑料科技，1996，（4）：42【4】王宏军.国外粉末导电填料/聚合物导电复合材料近期研究开发特点.化工进展，1990，（6）：36【5】崔部博.导电高分子材料.北京科学出版社，1989，（1）：145【6】敬松.结构型导电高分子材料.四川化工.1990，（2）：32-34【7】万梅香.导电聚合物隐身材料的研究现状及发展机遇.隐身技术，1999，（3）：10【8】江东亮.新材料.上海；上海科学出版社，1994，224