導(dǎo)電高分子材料.ppt

導(dǎo)電高分子材料,2000年諾貝爾化學(xué)獎得主,美國物理學(xué)家Heeger,美國化學(xué)家MacDiarmid,日本化學(xué)家Shirakawa,世界上第一種導(dǎo)電聚合物：摻雜聚乙炔,1977年，美國化學(xué)家MacDiarmid，物理學(xué)家Heeger和日本化學(xué)家Shirakawa首次發(fā)現(xiàn)摻雜碘的聚乙炔具有金屬的特性。并因此獲得2000年諾貝爾化學(xué)獎使用ZigglerNatta催化劑AlEt3/Ti(OBu)4,Ti的濃度為3mmol/L，Al/Ti約為34。催化劑溶于甲苯中，冷卻到-78度,通入乙炔，可在溶液表面生成順式的聚乙炔薄膜。摻雜后電導(dǎo)率達(dá)到105S/cm量級,導(dǎo)電聚合物是由具有共軛鍵的聚合物經(jīng)過化學(xué)或電化學(xué)的摻雜而形成的,導(dǎo)電聚合物除了具有高分子聚合物的一般的結(jié)構(gòu)特點外還含有一價的對陰離子（P型摻雜）或?qū)﹃栯x子（N型摻雜）導(dǎo)電聚合物最引人注目的一個特點是其電導(dǎo)率可以在絕緣體半導(dǎo)體金屬態(tài)（10-9到105s/cm）較寬的范圍里變化。這是目前其他材料所無法比擬的,導(dǎo)電高分子的主要類型：,除了最早的聚乙炔（PA）外，主要有聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚對苯乙烯(PPV)、聚苯胺(PANI)以及他們的衍生物其中聚苯胺結(jié)構(gòu)多樣、摻雜機制獨特、穩(wěn)定性高技術(shù)應(yīng)用前景廣泛，在目前的研究中備受重視其中聚乙炔的所能達(dá)到的電導(dǎo)率在已發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電聚合物中是最高的，達(dá)到了105S/cm量級，接近Pt和Fe的室溫電導(dǎo)率,什么是導(dǎo)電高分子的摻雜呢？,純凈的導(dǎo)電聚合物本身并不導(dǎo)電，必須經(jīng)過摻雜才具備導(dǎo)電性摻雜是將部分電子從聚合物分子鏈中遷移出來從而使得電導(dǎo)率由絕緣體級別躍遷至導(dǎo)體級別的一種處理過程導(dǎo)電聚合物的摻雜與無機半導(dǎo)體的摻雜完全不同,導(dǎo)電高分子的摻雜與無機半導(dǎo)體的摻雜的對比,目前摻雜的方式主要有兩種：,氧化還原摻雜：可通過化學(xué)或電化學(xué)手段來實現(xiàn)?；瘜W(xué)摻雜會受到磁場的影響遺憾的是目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)外加磁場對聚合物的室溫電導(dǎo)率有明顯的影響質(zhì)子酸摻雜：一般通過化學(xué)反應(yīng)來完成，近年發(fā)現(xiàn)也可通過光誘導(dǎo)施放質(zhì)子的方法來完成還有摻雜脫摻雜再摻雜的反復(fù)處理方法，這種摻雜方法可以得到比一般方法更高的電導(dǎo)率和聚合物穩(wěn)定性,聚合物的摻雜過程直接影響導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電能力，摻雜方法和條件的不同直接影響到導(dǎo)電聚合物的物理化學(xué)性能,導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電機理,載流子是由孤立子、極化子、雙極化子等自由基離子構(gòu)成的極化子和孤立子的存在和躍遷使高分子鏈具有了導(dǎo)電性,最新研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢,高導(dǎo)電性導(dǎo)電聚合物高強度導(dǎo)電高分子可溶性導(dǎo)電高分子分子導(dǎo)電自摻雜或不摻雜導(dǎo)電聚合物、復(fù)合型聚合物、光電磁多功能聚合物等,高導(dǎo)電性導(dǎo)電聚合物,目前為止發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電高分子仍屬于半導(dǎo)體的范疇，而未能到到真正的金屬態(tài)具有低能帶能隙的導(dǎo)電高分子是實現(xiàn)“合成金屬”的重要途徑在1984年Wudl等合成了聚苯并噻吩，其能帶能隙只有1eV雜環(huán)芳香族高分子的電導(dǎo)率往往高于非雜環(huán)芳香族的高分子。聚合物鏈的取向程度的提高也會大大的提高其取向方向的電導(dǎo)率1987年，Basescu等合成了高取向度的聚乙炔，用碘摻雜后其電導(dǎo)率高達(dá)2*105S/cm，是目前所知道的電導(dǎo)率最高的導(dǎo)電聚合物之一,高強度導(dǎo)電高分子,通?；瘜W(xué)合成的高分子常表現(xiàn)為沒有任何力學(xué)強度的粉末。例外：通過Shirakawa途徑可以得到高性能的聚乙炔薄膜得到高性能導(dǎo)電高分子膜材料最有效和直接的方法是電化學(xué)沉積法低的聚合溫度、強極性分子介質(zhì)以及電化學(xué)惰性的電極材料有利于生成堆積緊密，性能良好的芳香導(dǎo)電高分子材料,清華大學(xué)的石高全等用純的二氟化硼乙醇溶液做電解質(zhì)，不銹鋼片做電極在一定的電壓下獲得了力學(xué)強度超過鋁的聚噻吩膜和高強度聚苯膜，在這一體系中還能獲得厚度為400到500um的高強度導(dǎo)電聚合物板，它的抗張強度大大超過了一般的通用塑料,可溶性導(dǎo)電高分子,它可以更好地用于研究分子結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性能之間的關(guān)系可以很好地解決導(dǎo)電聚合物的加工成型問題可溶性導(dǎo)電高分子可以由相應(yīng)的溶液直接加工成膜或者紡成纖維研制可溶性高分子的一個重要技術(shù)是在導(dǎo)電高分子鏈中加入柔軟的長鏈，這一技術(shù)可以應(yīng)用于幾乎所有的高分子單體,分子導(dǎo)電,高分子的導(dǎo)電是在一個分子鏈上實現(xiàn)的適當(dāng)?shù)乜刂品肿渔湹慕Y(jié)構(gòu)，或者改變它的局部環(huán)境，一個分子的各個區(qū)域可能具有不同的導(dǎo)電行為有可能制成“分子導(dǎo)線”、“分子電路”和“分子器件”,導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用,導(dǎo)電聚合物特殊的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的物理化學(xué)性能，使得其在能源（二次電池、太陽能電池、固體電池），光電器件，晶體管，鎮(zhèn)流器，發(fā)光二極管（LED），傳感器（氣體和生物）,電磁屏蔽，隱身技術(shù)以及生命科學(xué)等方面都有誘人的應(yīng)用前景,結(jié)構(gòu)性導(dǎo)電高分子材料的用途,以聚乙炔、聚苯胺膜為正極，鋰為負(fù)極，高氯酸鋰的碳酸丙烯脂（PC）溶液為電解質(zhì)的電池的研究已經(jīng)較為成熟正在研究固體電解質(zhì)的全塑性電池，如全塑聚乙炔電池(CH)x|PEO-NaI|(CH)x，它以p型摻雜的聚乙炔為陽極，以n型摻雜的聚乙炔為陰極構(gòu)成已經(jīng)實現(xiàn)商品化的：Li-Al(-)LiBF4在聚碳酸酯(PC)+DME(二甲氧基乙烷)(電解液)PAn(+)的箔型聚合物二次電池，有3V級池電壓、3mAh容量、千次以上的充放電壽命和可長期保存等特點，可期用于不需維護的電源,日本用PThPPy復(fù)合膜制成了FET（場效應(yīng)三極管），門電壓操作時電流值變化達(dá)105，有希望與無機FET一樣得到開發(fā)和應(yīng)用用導(dǎo)電聚合物制作的發(fā)光二極管的工作是多年來導(dǎo)電聚合物實用的一大突破,若實現(xiàn)實用，將帶來電子學(xué)的巨大突破勞斯阿拉莫斯國家實驗室發(fā)明了在絕緣體基底上鍍金屬的新方法，即將導(dǎo)電高分子如聚吡咯或聚苯胺沉積在絕緣的印刷線路孔的內(nèi)壁上，繼而通過電化學(xué)法將銅鍍在導(dǎo)電高分子層上,導(dǎo)電高分子的微波(100MHzl2GHz)及毫米波(2440GHz)特性研究表明導(dǎo)電高分子如聚苯胺、聚吡咯可用于電磁屏蔽美國密里肯公司通過控制現(xiàn)場聚合條件將聚吡咯與纖維復(fù)合，制備了商品名為Contex和Intrigue的導(dǎo)電纖維，并制成了輕型偽裝網(wǎng)，美國國防部已經(jīng)將其以用于隱形轟炸機的隱身涂料,導(dǎo)電高分子材料發(fā)展展望,作為分