聚乙炔

整理文档很辛苦,赏杯茶钱您下走!

免费阅读已结束,点击下载阅读编辑剩下 ...

阅读已结束,您可以下载文档离线阅读编辑

资源描述

聚乙炔是一种结构单元为(CHCH)n的聚合物材料。这种聚合物经溴或碘掺杂之后导电性会提高到金属水平,这引起了研究者的兴趣。白川英树、艾伦·黑格和艾伦·麦克迪尔米德因“发现和发展导电聚合物”获得了2000年的诺贝尔化学奖。如今聚乙炔以用于制备太阳能电池、半导体材料和电活性聚合物等。聚乙炔包括单双键交替的共轭结构。由于双键不可扭转的性质,聚乙炔的每个结构单元都有顺式和反式两种结构。如果每个结构单元都呈顺式,则成为顺式聚乙炔,反之为反式聚乙炔。两者的电导率分别为10^-9和10^-5/欧·厘米。1974年聚乙炔被发现至今,导电高分子科学与技术已有了很大发展。由于聚乙炔掺杂后可以达到金属所具有的高电导性(~103S·cm-1),因此被称为“合成金属”,并成为人们竞相研究的导体材料。聚乙炔是最简单的聚炔烃,有顺式聚乙炔和反式聚乙炔两种立体异构体。下面是它们的结构简式。线型高分子量聚乙炔是不溶不熔,对氧敏感的结晶性高分子半导体,深色有金属光泽。顺式和反式聚乙炔的电导率分别为10-9和10-5S·cm-1,如用碘、溴等卤素或BF3、AsF3等路易斯酸渗杂后,其电导率率可提高到金属水平(约103S·cm-1),因此称为合成金属及高分子导体。用齐格勒-纳塔催化剂,如TiCl4、TiCl3或Ti(OR)4与AlR3(R为烷基)组合催化剂可使乙炔直接聚合成膜,此外也可用钒、钴、铁等化合物如VO(CH3COO)2与Al(C2H5)3组成的催化剂体系聚合,聚合温度-78℃。用稀土催化剂(如环烷酸稀土和AlR3)时,则可在室温制得高顺式聚乙炔。聚乙炔本身有微弱的导电性,和石墨导电原理相似,因为分子间形成了大π掺杂有两种情况:1、掺入碘单质等,分子间形成了空穴,可以空穴导电,导电性初期随着掺杂浓度升高而升高,某比例达到峰值,然后开始下降。2、掺入钠等活泼金属,分子间出现了多余的自由电子,可以导电,导电性随着掺杂浓度提高始终提高。这种掺杂有机物具有半导体的某些特性,被称为半导体有机物。在聚乙炔中存在着巨大的离域大π键:„-C=C-C=C-C=C-C=C-„可以在整个键上"自由移动"。所以聚乙炔能导电.通过深入研究聚乙炔的物理和化学特性,人们发现其在能源、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方面也有着广阔、诱人的应用前景。首先,聚乙炔可以用来制作防静电材料。通常,塑料具有较高的电阻率,有较高的电绝缘性被广泛用作绝缘材料,但塑料在生产、运输、使用过程中会产生静电,带来危害,积累在塑料表面的静电给成型加工带来困难,使产品易于吸尘;在炸药、煤矿、石油、化工、电子和纺织等行业可能因塑料静电而引起燃烧和爆炸事故。用导电塑料制成地板或地板革,把它铺在计算机房、集成电路工厂、火药厂、医院手术室、药厂净化室等,这样就可避免因静电所带来的危害。第二,他可以作为屏蔽材料。随着科学技术的迅速发展,电子工业特别是电子计算机工业的发展很快。我们周围的电子产品几乎都是由大规模和超大规模集成电路制造而成的。这些电子产品所用的都是微电流,容易发生由于外界电磁波干扰而造成的错误动作、图像障碍等故障,对人体也有很大的危害。因此,电子仪器的外壳应有一定的电磁波屏蔽性。选用金属外壳可以达到电磁屏蔽的要求,但是太笨重。为了达到电子仪器设备外壳轻型化,大多采用塑料,然而塑料本身不具有电磁波屏蔽的功能。所以,代替金属的塑料无疑要具有导电性和电磁波屏蔽性。导电塑料作为屏蔽材料,它不仅能吸收电磁辐射而且还能起到抗腐蚀作用,能排除引起腐蚀的电荷。第三,聚乙炔可以用来制作塑料电池。随着电子工业的迅速发展,电子仪器、通讯设备等对作为能源的电池的要求越来越高。用导电塑料制成的塑料电池就是以导电塑料作为电极材料制成的一类新型电池。这类电池质轻体小、储能容量大、能量密度高、安全可靠、自放电速度慢,可反复充电1000次,甚至几千次,使用寿命达5年,并且制造工艺简便,对环境无污染,长期使用免修理等优点,可取代镍镐电池,特别适用作计算机、摄像机的电源。第四,可以用来制作电子设备。由于导电塑料具有异乎寻常的光性能,因而可用来制成可擦写光盘,这种聚合物光盘具有生产成本低、制作方便、储存量大的优点。第五,可以用来作为化学反应的催化剂。经过掺和的导电高分子材料具有氧化还原催化功能,因此导电高分子材料还在分析化学、催化和化学敏感器的制作方面得到了应用,将导电高分子材料固化到电极表面可以制成修饰电极,在电化学反应中可以作为电催化材料。第六,可以用于电气工程。掺和导电塑料大量用作高压电缆的内外部半导层,用在汽车电缆的电缆芯,用来制作超高温电流的装置。例如保险丝元件并联开关装置;用于电子元件、电池、电机等的过载保护。辐射交联导电聚合物,还可以应用于中压电缆元件、电缆终端的电应力控制,电缆接头接地屏蔽。第七,可以用于自调加热带。辐射交联的半导体自调聚合物加热元件,利用其PTC效应置于两块平行钢导体之间,加热元件由碳黑改性聚合物组成,另加绝缘层,保护性网络和外涂复层组成。该材料的电阳随温度的升高而提高。鉴于聚乙炔的优良性质,世界各国的科学家都在研究聚乙炔的相关问题,尤其是在聚乙炔的聚合和聚乙炔的掺杂方面。我国在导电聚合物领域的研究起步于1978年,现已有3O多年的历史,其研究水平已基本与国际接轨。近30年发展状况如表一所示。国内在聚乙炔领域的探索很大程度上推动了其研究的发展,并在导电高分子领域做出了较大贡献。但与国外研究相比,还需加强在聚乙炔复合材料以及可溶性聚乙炔方面的研究。由于乙炔直接聚合反应的难以控制,需要在低温下或者使用稀土催化剂(如环烷酸稀土)。最常用的合成方式是通过环辛四烯或其取代产物的烯烃歧化反应制取。

1 / 2
下载文档,编辑使用

©2015-2020 m.777doc.com 三七文档.

备案号:鲁ICP备2024069028号-1 客服联系 QQ:2149211541

×
保存成功