電功能高分子材料課件

第四章電功能高分子材料第四章電功能高分子材料1概述結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料電致發(fā)光高聚物電致變色高聚物主要內(nèi)容概述結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料電致發(fā)光高聚物電致變色高聚物主要內(nèi)容24.1概述G.MacDiarmidH.ShirakawaJ.Heeger“Forthediscoveryanddevelopmentofconductivepolymers”NobelPrizeinChemistry20004.1概述G.MacDiarmidH.Shir3黑格（AlanJ.Heeger,1936-）小傳1957年畢業(yè)于內(nèi)布拉斯加大學(xué)物理系，獲物理學(xué)士學(xué)位1961年獲加州大學(xué)伯克利分校物理博士學(xué)位。1962-1982年任教于賓夕法尼亞大學(xué)物理系。后轉(zhuǎn)任加利福尼亞大學(xué)圣芭芭拉分校物理系教授并任高分子及有機(jī)固體研究所所長20世紀(jì)70年代末，在塑料導(dǎo)電研究領(lǐng)域取得了突破性的發(fā)現(xiàn)，開創(chuàng)導(dǎo)電聚合物這一嶄新研究領(lǐng)域1990年創(chuàng)立UNIAX公司并自任董事長及總裁2000年，榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

共獲美國專利40余項(xiàng)．發(fā)表論文635篇（統(tǒng)計(jì)至1999年6月）座右銘：去冒險(xiǎn)吧黑格（AlanJ.Heeger,1936-）小傳1954麥克迪爾米德小傳

（AlanG.MacDiarmid，1929-）發(fā)表過六百多篇學(xué)術(shù)論文擁有二十項(xiàng)專利技術(shù)1927年生于新西蘭。曾就讀于新西蘭大學(xué)、美國威斯康星大學(xué)以及英國劍橋大學(xué)。1955年開始在賓夕法尼亞大學(xué)任教。1973年開始研究導(dǎo)電高分子2000年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

麥克迪爾米德小傳

（AlanG.MacDia5白川英樹（HidekiShirakawa，1936-）小傳1983年他的研究論文《關(guān)于聚乙炔的研究》獲得日本高分子學(xué)會(huì)獎(jiǎng)，還著有《功能性材料入門》、《物質(zhì)工學(xué)的前沿領(lǐng)域》等書。1961年畢業(yè)于東京工業(yè)大學(xué)理工學(xué)部化學(xué)專業(yè)，畢業(yè)后留校于該校資源化學(xué)研究所任助教1976年到美國賓夕法尼亞大學(xué)留學(xué)1979年回國后到筑波大學(xué)任副教授1982年升為教授。2000年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)白川英樹（HidekiShirakawa，1936-）小傳61.材料的導(dǎo)電性由于物質(zhì)內(nèi)部存在的帶電粒子的移動(dòng)引起的帶電粒子為載流子：可以是正、負(fù)離子，電子或空穴。載流子在外加電場作用下沿電場方向運(yùn)動(dòng)形成電流材料導(dǎo)電性與物質(zhì)所含的載流子數(shù)目及其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)1.材料的導(dǎo)電性由于物質(zhì)內(nèi)部存在的帶電粒子的移動(dòng)引起的72.導(dǎo)電高分子材料的分類按材料的結(jié)構(gòu)與組成結(jié)構(gòu)型（本征型）復(fù)合型結(jié)構(gòu)型（本征型）高分子本身具有“固有”的導(dǎo)電性由聚合物結(jié)構(gòu)提供導(dǎo)電載流子經(jīng)摻雜后，電導(dǎo)率可大幅度提高，其中有些甚至可達(dá)到金屬的導(dǎo)電水平2.導(dǎo)電高分子材料的分類按材料的結(jié)構(gòu)與組成結(jié)構(gòu)型（本征型）8名稱結(jié)構(gòu)聚乙炔聚噻吩聚吡咯聚苯胺聚苯以摻雜型聚乙炔具有最高的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率可達(dá)5×103-104Ω-1·cm-1（金屬銅的電導(dǎo)率為105Ω-1·cm-1）名稱結(jié)構(gòu)聚乙炔聚噻吩聚吡咯聚苯胺聚苯以摻雜型聚乙炔具9實(shí)際應(yīng)用尚不普遍，關(guān)鍵的技術(shù)問題：大多數(shù)結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子在空氣中不穩(wěn)定，導(dǎo)電性隨時(shí)間明顯衰減導(dǎo)電高分子的加工性不夠好科學(xué)家們正企圖通過改進(jìn)摻雜劑品種和摻雜技術(shù)，采用共聚或共混的方法，克服導(dǎo)電高分子的不穩(wěn)定性，改善其加工性實(shí)際應(yīng)用尚不普遍，關(guān)鍵的技術(shù)問題：10復(fù)合型本身不具備導(dǎo)電性，摻混入導(dǎo)電物質(zhì)，如炭黑、金屬粉等構(gòu)成復(fù)合材料聚合物充當(dāng)粘合劑的角色制備方便，有較強(qiáng)的實(shí)用性用作導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電粘合劑、電磁波屏蔽材料和抗靜電材料復(fù)合型本身不具備導(dǎo)電性，摻混入導(dǎo)電物質(zhì)，如炭黑、金屬粉等114.3結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料根據(jù)導(dǎo)電載流子的不同，結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子有兩種導(dǎo)電形式：電子導(dǎo)電和離子導(dǎo)電高分子電解質(zhì)共軛體系聚合物電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物金屬有機(jī)螯合物離子導(dǎo)電電子導(dǎo)電4.3結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料根據(jù)導(dǎo)電載流子的不同，結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電121.導(dǎo)電機(jī)理在有機(jī)共軛分子中σ鍵：定域鍵，構(gòu)成分子骨架離域π鍵：垂直于分子平面的p軌道，所有π電子在整個(gè)分子骨架內(nèi)運(yùn)動(dòng)離域π鍵的形成，增大了π電子活動(dòng)范圍，使體系能級(jí)降低、能級(jí)間隔變小，增加物質(zhì)的導(dǎo)電性能。一.共軛體系聚合物具有本征導(dǎo)電性的共軛體系必須具備兩條件分子軌道能強(qiáng)烈離域分子軌道能互相重疊1.導(dǎo)電機(jī)理在有機(jī)共軛分子中一.共軛體系聚合物具有本征導(dǎo)電13聚乙炔具有最簡單的共軛雙鍵結(jié)構(gòu)。組成主鏈的碳原子有四個(gè)價(jià)電子，其中三個(gè)電子構(gòu)成sp3雜化軌道，兩個(gè)與相鄰的碳原子連接，一個(gè)與氫原子連接形成σ鍵，余下的一個(gè)電子占據(jù)的p電子軌道與聚合物鏈所構(gòu)成的平面相垂直，相鄰碳原子之間的p電子在平面外相互重疊構(gòu)成π鍵。聚乙炔具有最簡單的共軛雙鍵14理論上，π電子應(yīng)能在一維方向上自由移動(dòng)事實(shí)上，每個(gè)p電子軌道中只有一個(gè)電子，根據(jù)分子軌道理論，一個(gè)分子軌道中只有填充兩個(gè)自旋相反的電子才能處于穩(wěn)態(tài)。π占有軌道，全充滿能帶π空軌道，空帶P電子軌道半充滿能帶P電子軌道半充滿能帶能級(jí)差，能隙，阻礙電子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)電狀態(tài)下p電子離域運(yùn)動(dòng)必須越過能隙能隙的大小決定導(dǎo)電能力的大小理論上，π電子應(yīng)能在一維方向上自由移動(dòng)π占有軌道，全充滿能帶15減少能帶分裂造成的能級(jí)差是提高共軛型導(dǎo)電聚合物電導(dǎo)率的主要途徑，手段之一就是“摻雜”改變能帶中電子的占有狀況盡管共軛聚合物有較強(qiáng)的導(dǎo)電傾向，但電導(dǎo)率并不高，為半導(dǎo)體因添加電子受體或電子給體而提高電導(dǎo)率的方法稱為“摻雜”減少能帶分裂造成的能級(jí)差是提高共軛型導(dǎo)電聚合物電導(dǎo)率的主要途16“摻雜”的目的：在聚合物的空軌道中加入電子從占有軌道中拉出電子改變現(xiàn)有π電子能帶的能級(jí)，出現(xiàn)能量居中的半充滿能帶，減小能隙，使自由電子或空穴遷移的阻礙減小p摻雜劑：碘、溴、三氯化鐵、五氟化砷，電子受體n摻雜劑：堿金屬，電子給體“摻雜”的目的：p摻雜劑：碘、溴、三氯化鐵、五氟化砷，17導(dǎo)電高分子材料的摻雜途徑氧化摻雜(p-doping):[CH]n+3x/2I2——>[CH]nx++xI3-

還原摻雜(n-doping):[CH]n+xNa——>[CH]nx-+xNa+

雖然摻雜后的聚合物形成鹽類，產(chǎn)生電流的原因并不是碘離子或鈉離子而是共軛雙鍵上的電子移動(dòng)。導(dǎo)電高分子材料的摻雜途徑氧化摻雜(p-doping):[18摻雜導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理碘分子從聚乙炔抽取一個(gè)電子形成I3－，聚乙炔分子形成帶正電荷的自由基陽離子，在外加電場作用下雙鍵上的電子可以非常容易地移動(dòng)，結(jié)果使雙鍵可以成功地延著分子移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電能力。摻雜導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理碘分子從聚乙炔抽取一個(gè)電子形成I192、導(dǎo)電高分子的特性（1）電導(dǎo)率范圍寬2、導(dǎo)電高分子的特性（1）電導(dǎo)率范圍寬20導(dǎo)電高分子不僅可以摻雜,而且還可以脫摻雜,并且摻雜-脫摻雜的過程完全可逆。（2）摻雜-脫摻雜過程可逆導(dǎo)電高分子不僅可以摻雜,而且還可以脫摻雜,并且摻雜-脫摻雜的21（3）具有電致變色性（3）具有電致變色性22電功能高分子材料課件23響應(yīng)速度快(10-13s)（4）響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快(10-13s)（4）響應(yīng)速度快243導(dǎo)電高分子的應(yīng)用3導(dǎo)電高分子的應(yīng)用25（1）發(fā)光二極管---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用利用導(dǎo)電高分子與金屬線圈當(dāng)電極，半導(dǎo)體高分子在中間，當(dāng)兩電極接上電源時(shí)，半導(dǎo)體高分子將會(huì)開始發(fā)光。（1）發(fā)光二極管---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用利用導(dǎo)電高分子與金屬線26優(yōu)點(diǎn)：比傳統(tǒng)的燈泡節(jié)省能源

產(chǎn)生較少的熱顏色可調(diào)可彎曲大面積低成本應(yīng)用：

平面電視機(jī)屏幕

交通信息標(biāo)志優(yōu)點(diǎn)：27（2）太陽能電池---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用導(dǎo)電高分子可制成太陽電池，結(jié)構(gòu)與發(fā)光二極管相近，但機(jī)制卻相反，它是將光能轉(zhuǎn)換成電能。優(yōu)點(diǎn)：制備成本低，制備工藝迅速，具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性。（2）太陽能電池---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用導(dǎo)電高分子可制成太陽電28一個(gè)分子類似于一根導(dǎo)線?？捎糜诟哽`敏度檢測、超大規(guī)模集成技術(shù)等。（3）分子導(dǎo)線一個(gè)分子類似于一根導(dǎo)線。（3）分子導(dǎo)線29（4）二次電池高分子摻雜態(tài)儲(chǔ)存電能、脫摻雜過程中釋放電能——全塑電池輸出電壓3V、電池容量3mA.h，重復(fù)充放電上千次。（4）二次電池高分子摻雜態(tài)儲(chǔ)存電能、脫摻雜過程中釋放電能輸30電導(dǎo)率高氧化還原性可逆比表面積大密度小電導(dǎo)率高31（5）生物傳感器--電化學(xué)摻雜/去摻雜可逆性的應(yīng)用葡萄糖、尿素、乳酸、膽固醇傳感器（5）生物傳感器--電化學(xué)摻雜/去摻雜可逆性的應(yīng)用葡萄糖、尿32（6）氣體傳感器導(dǎo)電高分子與大氣某些介質(zhì)作用----電導(dǎo)率改變,除去介質(zhì)----恢復(fù)。（摻雜/或脫摻雜過程）。可用作選擇性高、靈敏度高和重復(fù)性好的氣體傳感器。（6）氣體傳感器導(dǎo)電高分子與大氣某些介質(zhì)作用----電導(dǎo)率改33摻雜/脫摻雜實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體-絕緣體之間的轉(zhuǎn)變電位、pH、摻雜量等變化伴隨顏色變化——可用于電顯示（7）電顯示材料摻雜/脫摻雜實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體-絕緣體之間的轉(zhuǎn)變（7）電顯示材料34國外，美國Dupon公司、德國、芬蘭、日本的大公司均開始實(shí)現(xiàn)聚苯胺防腐材料的工業(yè)化應(yīng)用，2007年底產(chǎn)值超過十億美元。

國內(nèi)，中科院長春應(yīng)化所開發(fā)最早、成效最顯著，2000年建立了中試生產(chǎn)線，2004年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。（8）防腐涂料國外，美國Dupon公司、德國、芬蘭、日本的大公司均開始實(shí)現(xiàn)35（9）雷達(dá)隱身材料探地雷達(dá)工作原理（9）雷達(dá)隱身材料探地雷達(dá)工作原理36美國空軍F-15C戰(zhàn)斗機(jī)裝載的APG70雷達(dá)美國空軍F-15C戰(zhàn)斗機(jī)裝載的APG70雷達(dá)37隱身技術(shù)在一定的范圍內(nèi)降低需隱身目標(biāo)的信號(hào)反射特征或者減少自身特征信號(hào)的泄漏,使其難以被信號(hào)探測器發(fā)現(xiàn)。關(guān)鍵：能夠減弱、吸收、耗散和散射電磁輻射。使電磁波穿過材料時(shí)被吸收,轉(zhuǎn)換成熱能而散失掉,以至電磁波盡可能少地被反射到雷達(dá)或探測器改變電磁波的頻率,使反射電磁波的中心頻率遠(yuǎn)離探測器的接受頻率減小武器裝備自身電磁波的泄露,以達(dá)到隱身的目的。材料隱身技術(shù)的研究就是對(duì)吸波材料、屏蔽材料和透波材料的研究隱身技術(shù)在一定的范圍內(nèi)降低需隱身目標(biāo)的信號(hào)反射特征或者減少自38為了增強(qiáng)實(shí)用性,滿足各種飛行器的特殊要求,吸波材料必須具有質(zhì)輕、寬帶、吸波強(qiáng)、穩(wěn)定性好、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，而導(dǎo)電高分子材料由于具有結(jié)構(gòu)的多樣化、獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),同時(shí)具有較強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性,因此導(dǎo)電高分子材料正是滿足要求的材料之一。為了增強(qiáng)實(shí)用性,滿足各種飛行器的特殊要求,吸波材料必須具39屏蔽材料的電磁屏蔽原理是采用低電阻的導(dǎo)體材料對(duì)電磁能流具有反射和引導(dǎo)作用,在導(dǎo)體材料內(nèi)部產(chǎn)生與源電磁場相反的電流和磁極化,從而減少源電磁場的輻射。設(shè)備用的磁屏蔽材料大多為金屬材料,但在武器裝備上,使用金屬屏蔽材料要產(chǎn)生較大的反射面,不易作為屏蔽材料使用,故一般使用非金屬材料,主要為導(dǎo)電高分子材料屏蔽材料的電磁屏蔽原理是采用低電阻的導(dǎo)體材料對(duì)電磁能流具有反40英國Plessey公司采用聚氨酯泡沫基材料浸漬碳黑或石墨,研制成LA-1型泡沫導(dǎo)電高分子吸波材料,在2GHz-18GHz寬頻帶內(nèi),吸波性能較好,已用于隱身飛機(jī)的機(jī)身和機(jī)翼上。為了減少機(jī)體內(nèi)金屬材料制造的發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)線和電子設(shè)備等的電磁泄漏,使用雷達(dá)吸波材料如石墨+環(huán)氧樹脂、Kevlar等。導(dǎo)電聚合物如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺的納米微粉具有良好的吸波效果，與納米金屬吸收劑復(fù)合后吸波效果更佳。英國Plessey公司采用聚氨酯泡沫基材料浸漬碳黑或石墨,41聚苯胺由于其結(jié)構(gòu)的多樣化,環(huán)境穩(wěn)定性好、易加工、價(jià)格低廉以及特殊的摻雜機(jī)制而成為導(dǎo)電高分子的研究熱點(diǎn)。已被應(yīng)用于吸波材料和電磁屏蔽材料。在美國用聚苯胺制成的導(dǎo)電高分子屏蔽材料的屏蔽效果已達(dá)到40dB。利用摻雜態(tài)導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電性和半導(dǎo)體性,反射或吸收電磁波,已經(jīng)用導(dǎo)電聚吡咯纖維編制成迷彩蓋布,可以干擾敵方的電子偵察。聚苯胺由于其結(jié)構(gòu)的多樣化,環(huán)境穩(wěn)定性好、易加工、價(jià)格低廉以42美國研制出了“超黑粉”納米材料,對(duì)雷達(dá)波段的吸收率高達(dá)99%,這種“超黑粉”納米吸波材料實(shí)質(zhì)上就是用納米石墨做吸收劑制成的石墨+熱塑性樹脂和環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,不僅吸波性能好,而且在低溫下仍保持良好的韌性。美國研制出了“超黑粉”納米材料,對(duì)雷達(dá)波段的吸收率高達(dá)9943未來戰(zhàn)爭—技術(shù)戰(zhàn)，信息戰(zhàn)，美國-伊拉克戰(zhàn)爭各種類型的雷達(dá)、先進(jìn)探測器以及精確制導(dǎo)武器的問世,對(duì)各類武器構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅,為了提高武器的生存能力和戰(zhàn)斗力,提高作戰(zhàn)效能,世界各軍事大國都在發(fā)展隱身技術(shù)。

20世紀(jì)50年代起,美國開展隱身技術(shù)研究

20世紀(jì)70年代開始研制隱身飛機(jī)

80年代隱身飛機(jī)裝備部隊(duì)未來戰(zhàn)爭—技術(shù)戰(zhàn)，信息戰(zhàn)，美國-伊拉克戰(zhàn)爭44F117隱身戰(zhàn)斗機(jī)F117隱身戰(zhàn)斗機(jī)45B-2幽靈隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)B-2幽靈隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)46F-22”猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)F-22”猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)47F-22”猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)F-22”猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)48家用電器中發(fā)出的電磁輻射對(duì)人體的傷害最嚴(yán)重，針對(duì)這類電器可以在其表面涂覆一層電磁屏蔽纖維電腦工作人員長時(shí)間受輻射污染，對(duì)視覺、大腦、生育及各器官有著非常大的危害；電磁輻射對(duì)孕婦尤其是對(duì)胎兒的影響可造成胎兒畸形或死亡；微波通信塔臺(tái)工作人員，其工作環(huán)境中電磁污染對(duì)人體的損傷更大。最有效的措施就是穿上屏蔽服。屏蔽材料在日常生活中的應(yīng)用家用電器中發(fā)出的電磁輻射對(duì)人體的傷害最嚴(yán)重，針對(duì)這類電器可以49優(yōu)越性具有半導(dǎo)體及導(dǎo)體雙重特性，可低溫加工、可大面積化、具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性等，所以制作成本低，組件特性優(yōu)越，對(duì)未來電子及信息工業(yè)將產(chǎn)生巨大影響。挑戰(zhàn)綜合電性能與銅相比還有差距，理論上還沿用無機(jī)半導(dǎo)體理論加工性能和力學(xué)性能以及穩(wěn)定性需要改進(jìn)4.問題與挑戰(zhàn)優(yōu)越性挑戰(zhàn)綜合電性能與銅相比還有差距，理論上還沿用無機(jī)半導(dǎo)504.4電致發(fā)光高聚物電致發(fā)光現(xiàn)象當(dāng)施加電壓參量時(shí)，受電物質(zhì)能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)化成光的形式發(fā)出，是一種電-光能量轉(zhuǎn)換特性。電熱發(fā)光：由于材料的電阻效應(yīng)，使材料本身溫度升高，產(chǎn)生熱激發(fā)發(fā)光，屬于熱光源，如白熾燈。電致發(fā)光：電激發(fā)發(fā)光過程，發(fā)光材料本身發(fā)熱并不明顯，屬于冷光源，如發(fā)光二極管。1.概述4.4電致發(fā)光高聚物電致發(fā)光現(xiàn)象電熱發(fā)光：由于材料的電阻效51電致發(fā)光現(xiàn)象的研究歷史1920年德國學(xué)者古登和波爾發(fā)現(xiàn)，某些物質(zhì)加上電壓后會(huì)發(fā)光，人們把這種現(xiàn)像稱為電致發(fā)光。1936年，德斯垂將ZnS熒光粉浸入蓖麻油中，并加上電場，熒光粉便能發(fā)出明亮的光。1947年美國學(xué)者麥克馬斯發(fā)明了導(dǎo)電玻璃，利用這種玻璃做電極制成了平面光源，但由于當(dāng)時(shí)發(fā)光效率很低，還不適合作照明光源，只能勉強(qiáng)作顯示器件。電致發(fā)光現(xiàn)象的研究歷史1920年德國學(xué)者古登和波爾發(fā)現(xiàn)，某些52

60年代，人們發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)的有機(jī)材料也具有電致發(fā)光性質(zhì)，有機(jī)電致發(fā)光材料的開發(fā)開始引起人們的注意70年代后，由于薄膜技術(shù)帶來的革命，薄膜晶體管（TFT）技術(shù)的發(fā)展使電致發(fā)光在壽命、效率、亮度、存儲(chǔ)上的技術(shù)有了相當(dāng)?shù)奶岣?，使其成為顯示技術(shù)中最有前途的發(fā)展方向之一。90年代初，Burroughes發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)電聚合物的電致發(fā)光現(xiàn)象。至此，有機(jī)薄膜，特別是聚合物薄膜型電致發(fā)光器件成為研究的主流。電功能高分子材料課件53聚合物型電致發(fā)光材料

良好的機(jī)械加工性能，可用簡單方式成膜，很容易實(shí)現(xiàn)大面積顯示。種類繁多，可以通過調(diào)整鏈長度、取代基、主側(cè)鏈結(jié)構(gòu)及組成等方法改變其結(jié)構(gòu)，得到不同禁帶寬度的發(fā)光材料，從而獲得紅、綠、藍(lán)全譜帶發(fā)光，為開發(fā)第四代全彩色電致發(fā)光顯示器創(chuàng)造了基本條件。聚合物型電致發(fā)光材料良好的機(jī)械加工性能，可用簡單方式成膜，54顯示器

第一代：陰極射線管（CRT）第二代：液晶顯示器（LCD）第三代：等離子體（PDP）第四代：有機(jī)電致發(fā)光顯示器（OLED）

特點(diǎn)：超薄、超輕、低耗、寬視角、主動(dòng)發(fā)光、體積小、驅(qū)動(dòng)電壓低、制作簡單、造價(jià)低、響應(yīng)速度快、大面積柔性可彎曲顯示顯示器55CRTPDPTFT-LCDOLED視角佳佳一般佳亮度約350約350約250約200對(duì)比度佳佳最佳佳分辨率一般一般佳佳色飽和度最佳佳一般一般響應(yīng)時(shí)間1μs1-20μs25ms≤10μs驅(qū)動(dòng)電壓1-30KV120-300V3-15V3-9V電力消耗一般較大較大較小面板厚度很大約10mm約8mm約2mm重量最大一般較小最小使用溫度-20-70℃-40-75℃0-50℃-40-80℃屏幕大小8-4033-1031-800.8-40壽命長長長待提高價(jià)格低高最高一般CRTPDPTFT-LCDOLED視角佳佳一般佳亮度約350562.有機(jī)電致發(fā)光器件和發(fā)光機(jī)理有機(jī)發(fā)光顯示器（OLED），是以有機(jī)薄膜作為發(fā)光體的自發(fā)光顯示器件。1987年，C.W.Tang等人制得了第一個(gè)有實(shí)用意義的OLED1990年劍橋的Friend等報(bào)導(dǎo)了低電壓驅(qū)動(dòng)的聚合物發(fā)光顯示器（PLED）1992年Heeger等發(fā)明了柔性高分子顯示器件1997年Forrest等發(fā)現(xiàn)磷光電致發(fā)光現(xiàn)象2.有機(jī)電致發(fā)光器件和發(fā)光機(jī)理有機(jī)發(fā)光顯示器（OLED），571997年，日本Pioneer推出了世界第一個(gè)商品化的有機(jī)平板顯示產(chǎn)品

1998年，CambridgeDisplayTechnology公司展示了第一個(gè)PLED單色顯示屏

2005年，我國第一條OLED大規(guī)模生產(chǎn)線在江蘇昆山開始興建目前歐美各國主要研究高分子材料的電致發(fā)光，而日本、南韓側(cè)重于小分子有機(jī)電致發(fā)光研究。中國國內(nèi)高分子和小分子均受到重視。1997年，日本Pioneer推出了世界第一個(gè)商品化的有機(jī)58柯達(dá)L633數(shù)碼相機(jī)顯示屏柯達(dá)L633數(shù)碼相機(jī)顯示屏59可以卷起來的顯示器可以卷起來的顯示器60

載流子的注入（電子和空穴分別從陰極和陽極注入）；

載流子的傳輸（注入的電子和空穴在有機(jī)/聚合物層內(nèi)傳輸）；

載流子的復(fù)合與激子的形成（遷移的電子和空穴相遇復(fù)合形成激子）；

激子的遷移；激子發(fā)生輻射衰減而發(fā)光電致發(fā)光基本原理激子是處于激發(fā)態(tài)能級(jí)上的電子與處在價(jià)帶中的空穴通過靜電作用結(jié)合在一起的高能態(tài)中性粒子載流子的注入（電子和空穴分別從陰極和陽極注入）；電致發(fā)光基613.高分子發(fā)光材料發(fā)光材料在電致發(fā)光器件起決定性作用，發(fā)光效率、發(fā)射光波長（顏色）、使用壽命種類：無機(jī)半導(dǎo)體材料有機(jī)金屬絡(luò)合物材料有機(jī)共軛小分子材料

主鏈共軛高分子材料3.高分子發(fā)光材料發(fā)光材料在電致發(fā)光器件起決定性作用，發(fā)62主鏈共軛高分子電致發(fā)光材料具有線形共軛結(jié)構(gòu)，載流子傳輸性能優(yōu)良，是目前使用最廣泛的有機(jī)電致發(fā)光材料之一。聚對(duì)苯乙炔（PPV）及其衍生物聚烷基噻吩（PAT）及其衍生物聚芳香烴類化合物主鏈共軛高分子電致發(fā)光材料具有線形共軛結(jié)構(gòu)，載流子傳輸性能優(yōu)63（1）聚對(duì)苯乙炔（PPV）及其衍生物最早使用，研究最充分優(yōu)良的空穴傳輸性能和熱穩(wěn)定性發(fā)黃綠色光如引入取代基或控制共軛鏈長度，可調(diào)節(jié)波長，得到紅、藍(lán)、綠光單純的PPV溶解性差引入長鏈烷基或烷氧基可得可溶性衍生物（1）聚對(duì)苯乙炔（PPV）及其衍生物最早使用，研究最充分64（2）聚烷基噻吩（PAT）及其衍生物穩(wěn)定性好，啟動(dòng)電壓低根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，可發(fā)出紅、藍(lán)、綠、橙等光單純的PAT溶解性差，引入烷基溶解性提高（3）聚芳香型電致發(fā)光材料聚苯、聚烷基芴化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能隙大能夠發(fā)出其他材料不易制作的藍(lán)光發(fā)光器件（2）聚烷基噻吩（PAT）及其衍生物穩(wěn)定性好，啟動(dòng)電壓低（654.高分子發(fā)光材料的應(yīng)用平面照明、信息顯示

商業(yè)領(lǐng)域：ATM機(jī)、復(fù)印機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)、游戲機(jī)、公用電話亭、加油站、打卡機(jī)、門禁系統(tǒng)、電子秤等產(chǎn)品和設(shè)備的顯示屏。

通信領(lǐng)域：3G手機(jī)、各類可視對(duì)講系統(tǒng)(可視電話)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)終端、ebook(電子圖書)等產(chǎn)品的顯示屏。

計(jì)算機(jī)領(lǐng)域：家用和商用計(jì)算機(jī)(PC/工作站等)、PDA和筆記本電腦的顯示屏。4.高分子發(fā)光材料的應(yīng)用平面照明、信息顯示商業(yè)領(lǐng)域：AT66

交通領(lǐng)域：GPS、車載音響、車載電話、飛機(jī)儀表和設(shè)備等各種指示標(biāo)志性的顯示屏。如微顯示器，這種技術(shù)最早用于戰(zhàn)斗機(jī)飛行員，現(xiàn)在的穿戴式電腦也用它。移動(dòng)設(shè)備就不受顯示器體積大、耗電多的限制。

消費(fèi)類電子產(chǎn)品：各類音響設(shè)備、計(jì)算器、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、便攜式DVD、便攜式電枧機(jī)、電子鐘表、掌上游戲機(jī)、各種家用電器(OLED電視)等產(chǎn)品的顯示屏。

工業(yè)應(yīng)用場合：各類儀器儀表、手持設(shè)備等的顯示屏。交通領(lǐng)域：GPS、車載音響、車載電話、飛機(jī)儀表和設(shè)備等各種67穩(wěn)定性較低：最突出的缺陷。如：索尼11英寸OLED電視，1000小時(shí)以后，藍(lán)色亮度下降12%，綠色亮度下降8%，紅色亮度下降7%，17000小時(shí)后，亮度下降一半。

使用壽命較短，一般為5000小時(shí)左右。比較適合應(yīng)用在像手機(jī)、MP3、數(shù)碼相機(jī)、車載DVD等生命周期較短或不經(jīng)常使用的顯示設(shè)備上。但應(yīng)用在電視機(jī)上卻是不夠的。電視機(jī)要求顯示屏的壽命最少為1.5萬小時(shí)。這使得OLED想全面取代LCD尚需要一段時(shí)間。

OLED顯示器件的缺點(diǎn)穩(wěn)定性較低：最突出的缺陷。如：索尼11英寸OLED電視，168OLED生產(chǎn)廠商加入OLED市場的廠商全球有100家以上核心技術(shù)掌握在歐美手中，尤其是高分子/聚合物OLED和柔性O(shè)LED方面的核心技術(shù)。主要包括：UniversalDisplayCorp.、CambridgeDisplayTechnologiesLtd.、EastmanKodak，這三家公司掌握了OLED的大部分專利。主要依靠技術(shù)授權(quán)的方式獲取OLED產(chǎn)業(yè)的高端利潤。產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展最快的卻是日本、韓國。2004年三星以44％的市場份額稱雄OLED面板市場。OLED生產(chǎn)廠商694.5電致變色高聚物電致變色現(xiàn)象材料的吸收光譜在外加電場或電流作用下產(chǎn)生可逆變化的現(xiàn)象。電致變色材料：施加外加電壓時(shí)，材料表現(xiàn)出顏色變化，本質(zhì)是材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)在電場作用下發(fā)生改變，進(jìn)而引起材料吸收光譜的變化。1.概述4.5電致變色高聚物電致變色現(xiàn)象電致變色材料：施加外加電壓70分類根據(jù)變化過程不可逆變色可逆變色更具有應(yīng)用價(jià)值材料結(jié)構(gòu)無機(jī)電致變色材料有機(jī)電致變色材料有機(jī)小分子高分子過渡金屬氧化物和水合物穩(wěn)定性和力學(xué)性能差有良好的使用和加工性能分類根據(jù)變化過程不可逆變色更具有應(yīng)用價(jià)值材料結(jié)構(gòu)無機(jī)電致變色712.高分子電致變色材料及其變色機(jī)理從本質(zhì)上說，電致變色是一種電化學(xué)氧化還原反應(yīng)材料電場化學(xué)變化結(jié)構(gòu)變化最大吸收波長改變顏色變化物質(zhì)的吸收光譜取決于分子結(jié)構(gòu)中的分子軌道能級(jí)，處在分子低能級(jí)軌道上的電子吸收特定能量（表現(xiàn)為特定頻率或顏色）的光子，躍遷到高能級(jí)軌道，兩個(gè)能級(jí)之間的能級(jí)差與吸收的光子能量相對(duì)應(yīng)。2.高分子電致變色材料及其變色機(jī)理從本質(zhì)上說，電致變色是一72主鏈共軛型導(dǎo)電高分子材料側(cè)鏈帶有電致變色結(jié)構(gòu)的高分子材料共混物和接枝物主鏈共軛型導(dǎo)電高分子材料發(fā)生氧化還原摻雜時(shí)，分子軌道發(fā)生改變，引起顏色變化，摻雜過程可逆。polymer氧化態(tài)顏色還原態(tài)顏色聚吡咯藍(lán)紫色黃綠色聚噻吩藍(lán)色紅色聚苯胺深藍(lán)綠色主鏈共軛型導(dǎo)電高分子材料主鏈共軛型導(dǎo)電高分子材料發(fā)生氧化還原73電致變色材料：利用光吸收產(chǎn)生的顏色變化，需要光源照射，屬于被動(dòng)顯示裝置。電致發(fā)光材料：利用發(fā)射光譜的變化，直接產(chǎn)生色彩，不需要光源，屬于主動(dòng)發(fā)光過程可作為全彩色顯示裝置電致變色材料：利用光吸收產(chǎn)生的顏色變化，需要光源照射，屬于被743.應(yīng)用（1）信息顯示器：儀表盤、記分牌、廣告牌、大屏幕顯示器3.應(yīng)用（1）信息顯示器：儀表盤、記分牌、廣告牌、大屏幕顯75（2）智能調(diào)光窗：軍事偽裝隱身，節(jié)能玻璃涂層（3）電色信息存儲(chǔ)器（4）變色鏡，無眩反光鏡：汽車后視鏡，避免強(qiáng)光刺激（2）智能調(diào)光窗：軍事偽裝隱身，節(jié)能玻璃涂層76Thankyou!Thankyou!77第四章電功能高分子材料第四章電功能高分子材料78概述結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料電致發(fā)光高聚物電致變色高聚物主要內(nèi)容概述結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料電致發(fā)光高聚物電致變色高聚物主要內(nèi)容794.1概述G.MacDiarmidH.ShirakawaJ.Heeger“Forthediscoveryanddevelopmentofconductivepolymers”NobelPrizeinChemistry20004.1概述G.MacDiarmidH.Shir80黑格（AlanJ.Heeger,1936-）小傳1957年畢業(yè)于內(nèi)布拉斯加大學(xué)物理系，獲物理學(xué)士學(xué)位1961年獲加州大學(xué)伯克利分校物理博士學(xué)位。1962-1982年任教于賓夕法尼亞大學(xué)物理系。后轉(zhuǎn)任加利福尼亞大學(xué)圣芭芭拉分校物理系教授并任高分子及有機(jī)固體研究所所長20世紀(jì)70年代末，在塑料導(dǎo)電研究領(lǐng)域取得了突破性的發(fā)現(xiàn)，開創(chuàng)導(dǎo)電聚合物這一嶄新研究領(lǐng)域1990年創(chuàng)立UNIAX公司并自任董事長及總裁2000年，榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

共獲美國專利40余項(xiàng)．發(fā)表論文635篇（統(tǒng)計(jì)至1999年6月）座右銘：去冒險(xiǎn)吧黑格（AlanJ.Heeger,1936-）小傳19581麥克迪爾米德小傳

（AlanG.MacDiarmid，1929-）發(fā)表過六百多篇學(xué)術(shù)論文擁有二十項(xiàng)專利技術(shù)1927年生于新西蘭。曾就讀于新西蘭大學(xué)、美國威斯康星大學(xué)以及英國劍橋大學(xué)。1955年開始在賓夕法尼亞大學(xué)任教。1973年開始研究導(dǎo)電高分子2000年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

麥克迪爾米德小傳

（AlanG.MacDia82白川英樹（HidekiShirakawa，1936-）小傳1983年他的研究論文《關(guān)于聚乙炔的研究》獲得日本高分子學(xué)會(huì)獎(jiǎng)，還著有《功能性材料入門》、《物質(zhì)工學(xué)的前沿領(lǐng)域》等書。1961年畢業(yè)于東京工業(yè)大學(xué)理工學(xué)部化學(xué)專業(yè)，畢業(yè)后留校于該校資源化學(xué)研究所任助教1976年到美國賓夕法尼亞大學(xué)留學(xué)1979年回國后到筑波大學(xué)任副教授1982年升為教授。2000年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)白川英樹（HidekiShirakawa，1936-）小傳831.材料的導(dǎo)電性由于物質(zhì)內(nèi)部存在的帶電粒子的移動(dòng)引起的帶電粒子為載流子：可以是正、負(fù)離子，電子或空穴。載流子在外加電場作用下沿電場方向運(yùn)動(dòng)形成電流材料導(dǎo)電性與物質(zhì)所含的載流子數(shù)目及其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)1.材料的導(dǎo)電性由于物質(zhì)內(nèi)部存在的帶電粒子的移動(dòng)引起的842.導(dǎo)電高分子材料的分類按材料的結(jié)構(gòu)與組成結(jié)構(gòu)型（本征型）復(fù)合型結(jié)構(gòu)型（本征型）高分子本身具有“固有”的導(dǎo)電性由聚合物結(jié)構(gòu)提供導(dǎo)電載流子經(jīng)摻雜后，電導(dǎo)率可大幅度提高，其中有些甚至可達(dá)到金屬的導(dǎo)電水平2.導(dǎo)電高分子材料的分類按材料的結(jié)構(gòu)與組成結(jié)構(gòu)型（本征型）85名稱結(jié)構(gòu)聚乙炔聚噻吩聚吡咯聚苯胺聚苯以摻雜型聚乙炔具有最高的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率可達(dá)5×103-104Ω-1·cm-1（金屬銅的電導(dǎo)率為105Ω-1·cm-1）名稱結(jié)構(gòu)聚乙炔聚噻吩聚吡咯聚苯胺聚苯以摻雜型聚乙炔具86實(shí)際應(yīng)用尚不普遍，關(guān)鍵的技術(shù)問題：大多數(shù)結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子在空氣中不穩(wěn)定，導(dǎo)電性隨時(shí)間明顯衰減導(dǎo)電高分子的加工性不夠好科學(xué)家們正企圖通過改進(jìn)摻雜劑品種和摻雜技術(shù)，采用共聚或共混的方法，克服導(dǎo)電高分子的不穩(wěn)定性，改善其加工性實(shí)際應(yīng)用尚不普遍，關(guān)鍵的技術(shù)問題：87復(fù)合型本身不具備導(dǎo)電性，摻混入導(dǎo)電物質(zhì)，如炭黑、金屬粉等構(gòu)成復(fù)合材料聚合物充當(dāng)粘合劑的角色制備方便，有較強(qiáng)的實(shí)用性用作導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電粘合劑、電磁波屏蔽材料和抗靜電材料復(fù)合型本身不具備導(dǎo)電性，摻混入導(dǎo)電物質(zhì)，如炭黑、金屬粉等884.3結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料根據(jù)導(dǎo)電載流子的不同，結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子有兩種導(dǎo)電形式：電子導(dǎo)電和離子導(dǎo)電高分子電解質(zhì)共軛體系聚合物電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物金屬有機(jī)螯合物離子導(dǎo)電電子導(dǎo)電4.3結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料根據(jù)導(dǎo)電載流子的不同，結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電891.導(dǎo)電機(jī)理在有機(jī)共軛分子中σ鍵：定域鍵，構(gòu)成分子骨架離域π鍵：垂直于分子平面的p軌道，所有π電子在整個(gè)分子骨架內(nèi)運(yùn)動(dòng)離域π鍵的形成，增大了π電子活動(dòng)范圍，使體系能級(jí)降低、能級(jí)間隔變小，增加物質(zhì)的導(dǎo)電性能。一.共軛體系聚合物具有本征導(dǎo)電性的共軛體系必須具備兩條件分子軌道能強(qiáng)烈離域分子軌道能互相重疊1.導(dǎo)電機(jī)理在有機(jī)共軛分子中一.共軛體系聚合物具有本征導(dǎo)電90聚乙炔具有最簡單的共軛雙鍵結(jié)構(gòu)。組成主鏈的碳原子有四個(gè)價(jià)電子，其中三個(gè)電子構(gòu)成sp3雜化軌道，兩個(gè)與相鄰的碳原子連接，一個(gè)與氫原子連接形成σ鍵，余下的一個(gè)電子占據(jù)的p電子軌道與聚合物鏈所構(gòu)成的平面相垂直，相鄰碳原子之間的p電子在平面外相互重疊構(gòu)成π鍵。聚乙炔具有最簡單的共軛雙鍵91理論上，π電子應(yīng)能在一維方向上自由移動(dòng)事實(shí)上，每個(gè)p電子軌道中只有一個(gè)電子，根據(jù)分子軌道理論，一個(gè)分子軌道中只有填充兩個(gè)自旋相反的電子才能處于穩(wěn)態(tài)。π占有軌道，全充滿能帶π空軌道，空帶P電子軌道半充滿能帶P電子軌道半充滿能帶能級(jí)差，能隙，阻礙電子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)電狀態(tài)下p電子離域運(yùn)動(dòng)必須越過能隙能隙的大小決定導(dǎo)電能力的大小理論上，π電子應(yīng)能在一維方向上自由移動(dòng)π占有軌道，全充滿能帶92減少能帶分裂造成的能級(jí)差是提高共軛型導(dǎo)電聚合物電導(dǎo)率的主要途徑，手段之一就是“摻雜”改變能帶中電子的占有狀況盡管共軛聚合物有較強(qiáng)的導(dǎo)電傾向，但電導(dǎo)率并不高，為半導(dǎo)體因添加電子受體或電子給體而提高電導(dǎo)率的方法稱為“摻雜”減少能帶分裂造成的能級(jí)差是提高共軛型導(dǎo)電聚合物電導(dǎo)率的主要途93“摻雜”的目的：在聚合物的空軌道中加入電子從占有軌道中拉出電子改變現(xiàn)有π電子能帶的能級(jí)，出現(xiàn)能量居中的半充滿能帶，減小能隙，使自由電子或空穴遷移的阻礙減小p摻雜劑：碘、溴、三氯化鐵、五氟化砷，電子受體n摻雜劑：堿金屬，電子給體“摻雜”的目的：p摻雜劑：碘、溴、三氯化鐵、五氟化砷，94導(dǎo)電高分子材料的摻雜途徑氧化摻雜(p-doping):[CH]n+3x/2I2——>[CH]nx++xI3-

還原摻雜(n-doping):[CH]n+xNa——>[CH]nx-+xNa+

雖然摻雜后的聚合物形成鹽類，產(chǎn)生電流的原因并不是碘離子或鈉離子而是共軛雙鍵上的電子移動(dòng)。導(dǎo)電高分子材料的摻雜途徑氧化摻雜(p-doping):[95摻雜導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理碘分子從聚乙炔抽取一個(gè)電子形成I3－，聚乙炔分子形成帶正電荷的自由基陽離子，在外加電場作用下雙鍵上的電子可以非常容易地移動(dòng)，結(jié)果使雙鍵可以成功地延著分子移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電能力。摻雜導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理碘分子從聚乙炔抽取一個(gè)電子形成I962、導(dǎo)電高分子的特性（1）電導(dǎo)率范圍寬2、導(dǎo)電高分子的特性（1）電導(dǎo)率范圍寬97導(dǎo)電高分子不僅可以摻雜,而且還可以脫摻雜,并且摻雜-脫摻雜的過程完全可逆。（2）摻雜-脫摻雜過程可逆導(dǎo)電高分子不僅可以摻雜,而且還可以脫摻雜,并且摻雜-脫摻雜的98（3）具有電致變色性（3）具有電致變色性99電功能高分子材料課件100響應(yīng)速度快(10-13s)（4）響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快(10-13s)（4）響應(yīng)速度快1013導(dǎo)電高分子的應(yīng)用3導(dǎo)電高分子的應(yīng)用102（1）發(fā)光二極管---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用利用導(dǎo)電高分子與金屬線圈當(dāng)電極，半導(dǎo)體高分子在中間，當(dāng)兩電極接上電源時(shí)，半導(dǎo)體高分子將會(huì)開始發(fā)光。（1）發(fā)光二極管---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用利用導(dǎo)電高分子與金屬線103優(yōu)點(diǎn)：比傳統(tǒng)的燈泡節(jié)省能源

產(chǎn)生較少的熱顏色可調(diào)可彎曲大面積低成本應(yīng)用：

平面電視機(jī)屏幕

交通信息標(biāo)志優(yōu)點(diǎn)：104（2）太陽能電池---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用導(dǎo)電高分子可制成太陽電池，結(jié)構(gòu)與發(fā)光二極管相近，但機(jī)制卻相反，它是將光能轉(zhuǎn)換成電能。優(yōu)點(diǎn)：制備成本低，制備工藝迅速，具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性。（2）太陽能電池---半導(dǎo)體特性的應(yīng)用導(dǎo)電高分子可制成太陽電105一個(gè)分子類似于一根導(dǎo)線?？捎糜诟哽`敏度檢測、超大規(guī)模集成技術(shù)等。（3）分子導(dǎo)線一個(gè)分子類似于一根導(dǎo)線。（3）分子導(dǎo)線106（4）二次電池高分子摻雜態(tài)儲(chǔ)存電能、脫摻雜過程中釋放電能——全塑電池輸出電壓3V、電池容量3mA.h，重復(fù)充放電上千次。（4）二次電池高分子摻雜態(tài)儲(chǔ)存電能、脫摻雜過程中釋放電能輸107電導(dǎo)率高氧化還原性可逆比表面積大密度小電導(dǎo)率高108（5）生物傳感器--電化學(xué)摻雜/去摻雜可逆性的應(yīng)用葡萄糖、尿素、乳酸、膽固醇傳感器（5）生物傳感器--電化學(xué)摻雜/去摻雜可逆性的應(yīng)用葡萄糖、尿109（6）氣體傳感器導(dǎo)電高分子與大氣某些介質(zhì)作用----電導(dǎo)率改變,除去介質(zhì)----恢復(fù)。（摻雜/或脫摻雜過程）?？捎米鬟x擇性高、靈敏度高和重復(fù)性好的氣體傳感器。（6）氣體傳感器導(dǎo)電高分子與大氣某些介質(zhì)作用----電導(dǎo)率改110摻雜/脫摻雜實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體-絕緣體之間的轉(zhuǎn)變電位、pH、摻雜量等變化伴隨顏色變化——可用于電顯示（7）電顯示材料摻雜/脫摻雜實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體-絕緣體之間的轉(zhuǎn)變（7）電顯示材料111國外，美國Dupon公司、德國、芬蘭、日本的大公司均開始實(shí)現(xiàn)聚苯胺防腐材料的工業(yè)化應(yīng)用，2007年底產(chǎn)值超過十億美元。

國內(nèi)，中科院長春應(yīng)化所開發(fā)最早、成效最顯著，2000年建立了中試生產(chǎn)線，2004年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。（8）防腐涂料國外，美國Dupon公司、德國、芬蘭、日本的大公司均開始實(shí)現(xiàn)112（9）雷達(dá)隱身材料探地雷達(dá)工作原理（9）雷達(dá)隱身材料探地雷達(dá)工作原理113美國空軍F-15C戰(zhàn)斗機(jī)裝載的APG70雷達(dá)美國空軍F-15C戰(zhàn)斗機(jī)裝載的APG70雷達(dá)114隱身技術(shù)在一定的范圍內(nèi)降低需隱身目標(biāo)的信號(hào)反射特征或者減少自身特征信號(hào)的泄漏,使其難以被信號(hào)探測器發(fā)現(xiàn)。關(guān)鍵：能夠減弱、吸收、耗散和散射電磁輻射。使電磁波穿過材料時(shí)被吸收,轉(zhuǎn)換成熱能而散失掉,以至電磁波盡可能少地被反射到雷達(dá)或探測器改變電磁波的頻率,使反射電磁波的中心頻率遠(yuǎn)離探測器的接受頻率減小武器裝備自身電磁波的泄露,以達(dá)到隱身的目的。材料隱身技術(shù)的研究就是對(duì)吸波材料、屏蔽材料和透波材料的研究隱身技術(shù)在一定的范圍內(nèi)降低需隱身目標(biāo)的信號(hào)反射特征或者減少自115為了增強(qiáng)實(shí)用性,滿足各種飛行器的特殊要求,吸波材料必須具有質(zhì)輕、寬帶、吸波強(qiáng)、穩(wěn)定性好、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，而導(dǎo)電高分子材料由于具有結(jié)構(gòu)的多樣化、獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),同時(shí)具有較強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性,因此導(dǎo)電高分子材料正是滿足要求的材料之一。為了增強(qiáng)實(shí)用性,滿足各種飛行器的特殊要求,吸波材料必須具116屏蔽材料的電磁屏蔽原理是采用低電阻的導(dǎo)體材料對(duì)電磁能流具有反射和引導(dǎo)作用,在導(dǎo)體材料內(nèi)部產(chǎn)生與源電磁場相反的電流和磁極化,從而減少源電磁場的輻射。設(shè)備用的磁屏蔽材料大多為金屬材料,但在武器裝備上,使用金屬屏蔽材料要產(chǎn)生較大的反射面,不易作為屏蔽材料使用,故一般使用非金屬材料,主要為導(dǎo)電高分子材料屏蔽材料的電磁屏蔽原理是采用低電阻的導(dǎo)體材料對(duì)電磁能流具有反117英國Plessey公司采用聚氨酯泡沫基材料浸漬碳黑或石墨,研制成LA-1型泡沫導(dǎo)電高分子吸波材料,在2GHz-18GHz寬頻帶內(nèi),吸波性能較好,已用于隱身飛機(jī)的機(jī)身和機(jī)翼上。為了減少機(jī)體內(nèi)金屬材料制造的發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)線和電子設(shè)備等的電磁泄漏,使用雷達(dá)吸波材料如石墨+環(huán)氧樹脂、Kevlar等。導(dǎo)電聚合物如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺的納米微粉具有良好的吸波效果，與納米金屬吸收劑復(fù)合后吸波效果更佳。英國Plessey公司采用聚氨酯泡沫基材料浸漬碳黑或石墨,118聚苯胺由于其結(jié)構(gòu)的多樣化,環(huán)境穩(wěn)定性好、易加工、價(jià)格低廉以及特殊的摻雜機(jī)制而成為導(dǎo)電高分子的研究熱點(diǎn)。已被應(yīng)用于吸波材料和電磁屏蔽材料。在美國用聚苯胺制成的導(dǎo)電高分子屏蔽材料的屏蔽效果已達(dá)到40dB。利用摻雜態(tài)導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電性和半導(dǎo)體性,反射或吸收電磁波,已經(jīng)用導(dǎo)電聚吡咯纖維編制成迷彩蓋布,可以干擾敵方的電子偵察。聚苯胺由于其結(jié)構(gòu)的多樣化,環(huán)境穩(wěn)定性好、易加工、價(jià)格低廉以119美國研制出了“超黑粉”納米材料,對(duì)雷達(dá)波段的吸收率高達(dá)99%,這種“超黑粉”納米吸波材料實(shí)質(zhì)上就是用納米石墨做吸收劑制成的石墨+熱塑性樹脂和環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,不僅吸波性能好,而且在低溫下仍保持良好的韌性。美國研制出了“超黑粉”納米材料,對(duì)雷達(dá)波段的吸收率高達(dá)99120未來戰(zhàn)爭—技術(shù)戰(zhàn)，信息戰(zhàn)，美國-伊拉克戰(zhàn)爭各種類型的雷達(dá)、先進(jìn)探測器以及精確制導(dǎo)武器的問世,對(duì)各類武器構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅,為了提高武器的生存能力和戰(zhàn)斗力,提高作戰(zhàn)效能,世界各軍事大國都在發(fā)展隱身技術(shù)。

20世紀(jì)50年代起,美國開展隱身技術(shù)研究

20世紀(jì)70年代開始研制隱身飛機(jī)

80年代隱身飛機(jī)裝備部隊(duì)未來戰(zhàn)爭—技術(shù)戰(zhàn)，信息戰(zhàn)，美國-伊拉克戰(zhàn)爭121F117隱身戰(zhàn)斗機(jī)F117隱身戰(zhàn)斗機(jī)122B-2幽靈隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)B-2幽靈隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)123F-22”猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)F-22”猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)124F-22”猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)F-22”猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)125家用電器中發(fā)出的電磁輻射對(duì)人體的傷害最嚴(yán)重，針對(duì)這類電器可以在其表面涂覆一層電磁屏蔽纖維電腦工作人員長時(shí)間受輻射污染，對(duì)視覺、大腦、生育及各器官有著非常大的危害；電磁輻射對(duì)孕婦尤其是對(duì)胎兒的影響可造成胎兒畸形或死亡；微波通信塔臺(tái)工作人員，其工作環(huán)境中電磁污染對(duì)人體的損傷更大。最有效的措施就是穿上屏蔽服。屏蔽材料在日常生活中的應(yīng)用家用電器中發(fā)出的電磁輻射對(duì)人體的傷害最嚴(yán)重，針對(duì)這類電器可以126優(yōu)越性具有半導(dǎo)體及導(dǎo)體雙重特性，可低溫加工、可大面積化、具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性等，所以制作成本低，組件特性優(yōu)越，對(duì)未來電子及信息工業(yè)將產(chǎn)生巨大影響。挑戰(zhàn)綜合電性能與銅相比還有差距，理論上還沿用無機(jī)半導(dǎo)體理論加工性能和力學(xué)性能以及穩(wěn)定性需要改進(jìn)4.問題與挑戰(zhàn)優(yōu)越性挑戰(zhàn)綜合電性能與銅相比還有差距，理論上還沿用無機(jī)半導(dǎo)1274.4電致發(fā)光高聚物電致發(fā)光現(xiàn)象當(dāng)施加電壓參量時(shí)，受電物質(zhì)能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)化成光的形式發(fā)出，是一種電-光能量轉(zhuǎn)換特性。電熱發(fā)光：由于材料的電阻效應(yīng)，使材料本身溫度升高，產(chǎn)生熱激發(fā)發(fā)光，屬于熱光源，如白熾燈。電致發(fā)光：電激發(fā)發(fā)光過程，發(fā)光材料本身發(fā)熱并不明顯，屬于冷光源，如發(fā)光二極管。1.概述4.4電致發(fā)光高聚物電致發(fā)光現(xiàn)象電熱發(fā)光：由于材料的電阻效128電致發(fā)光現(xiàn)象的研究歷史1920年德國學(xué)者古登和波爾發(fā)現(xiàn)，某些物質(zhì)加上電壓后會(huì)發(fā)光，人們把這種現(xiàn)像稱為電致發(fā)光。1936年，德斯垂將ZnS熒光粉浸入蓖麻油中，并加上電場，熒光粉便能發(fā)出明亮的光。1947年美國學(xué)者麥克馬斯發(fā)明了導(dǎo)電玻璃，利用這種玻璃做電極制成了平面光源，但由于當(dāng)時(shí)發(fā)光效率很低，還不適合作照明光源，只能勉強(qiáng)作顯示器件。電致發(fā)光現(xiàn)象的研究歷史1920年德國學(xué)者古登和波爾發(fā)現(xiàn)，某些129

60年代，人們發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)的有機(jī)材料也具有電致發(fā)光性質(zhì)，有機(jī)電致發(fā)光材料的開發(fā)開始引起人們的注意70年代后，由于薄膜技術(shù)帶來的革命，薄膜晶體管（TFT）技術(shù)的發(fā)展使電致發(fā)光在壽命、效率、亮度、存儲(chǔ)上的技術(shù)有了相當(dāng)?shù)奶岣?，使其成為顯示技術(shù)中最有前途的發(fā)展方向之一。90年代初，Burroughes發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)電聚合物的電致發(fā)光現(xiàn)象。至此，有機(jī)薄膜，特別是聚合物薄膜型電致發(fā)光器件成為研究的主流。電功能高分子材料課件130聚合物型電致發(fā)光材料

良好的機(jī)械加工性能，可用簡單方式成膜，很容易實(shí)現(xiàn)大面積顯示。種類繁多，可以通過調(diào)整鏈長度、取代基、主側(cè)鏈結(jié)構(gòu)及組成等方法改變其結(jié)構(gòu)，得到不同禁帶寬度的發(fā)光材料，從而獲得紅、綠、藍(lán)全譜帶發(fā)光，為開發(fā)第四代全彩色電致發(fā)光顯示器創(chuàng)造了基本條件。聚合物型電致發(fā)光材料良好的機(jī)械加工性能，可用簡單方式成膜，131顯示器

第一代：陰極射線管（CRT）第二代：液晶顯示器（LCD）第三代：等離子體（PDP）第四代：有機(jī)電致發(fā)光顯示器（OLED）

特點(diǎn)：超薄、超輕、低耗、寬視角、主動(dòng)發(fā)光、體積小、驅(qū)動(dòng)電壓低、制作簡單、造價(jià)低、響應(yīng)速度快、大面積柔性可彎曲顯示顯示器132CRTPDPTFT-LCDOLED視角佳佳一般佳亮度約350約350約250約200對(duì)比度佳佳最佳佳分辨率一般一般佳佳色飽和度最佳佳一般一般響應(yīng)時(shí)間1μs1-20μs25ms≤10μs驅(qū)動(dòng)電壓1-30KV120-300V3-15V3-9V電力消耗一般較大較大較小面板厚度很大約10mm約8mm約2mm重量最大一般較小最小使用溫度-20-70℃-40-75℃0-50℃-40-80℃屏幕大小8-4033-1031-800.8-40壽命長長長待提高價(jià)格低高最高一般CRTPDPTFT-LCDOLED視角佳佳一般佳亮度約3501332.有機(jī)電致發(fā)光器件和發(fā)光機(jī)理有機(jī)發(fā)光顯示器（OLED），是以有機(jī)薄膜作為發(fā)光體的自發(fā)光顯示器件。1987年，C.W.Tang等人制得了第一個(gè)有實(shí)用意義的OLED1990年劍橋的Friend等報(bào)導(dǎo)了低電壓驅(qū)動(dòng)的聚合物發(fā)光顯示器（PLED）1992年Heeger等發(fā)明了柔性高分子顯示器件1997年Forrest等發(fā)現(xiàn)磷光電致發(fā)光現(xiàn)象2.有機(jī)電致發(fā)光器件和發(fā)光機(jī)理有機(jī)發(fā)光顯示器（OLED），1341997年，日本Pioneer推出了世界第一個(gè)商品化的有機(jī)平板顯示產(chǎn)品

1998年，CambridgeDisplayTechnology公司展示了第一個(gè)PLED單色顯示屏

2005年，我國第一條OLED大規(guī)模生產(chǎn)線在江蘇昆山開始興建目前歐美各國主要研究高分子材料的電致發(fā)光，而日本、南韓側(cè)重于小分子有機(jī)電致發(fā)光研究。中國國內(nèi)高分子和小分子均受到重視。1997年，日本Pioneer推出了世界第一個(gè)商品化的有機(jī)135柯達(dá)L633數(shù)碼相機(jī)顯示屏柯達(dá)L633數(shù)碼相機(jī)顯示屏136可以卷起來的顯示器可以卷起來的顯示器137

載流子的注入（電子和空穴分別從陰極和陽極注入）；

載流子的傳輸（注入的電子和空穴在有機(jī)/聚合物層內(nèi)傳輸）；

載流子的復(fù)合與激子的形成（遷移的電子和空穴相遇復(fù)合形成激子）；

激子的遷移；激子發(fā)生輻射衰減而發(fā)光電致發(fā)光基本原理激子是處于激發(fā)態(tài)能級(jí)上的電子與處在價(jià)帶中的空穴通過靜電作用結(jié)合在一起的高能態(tài)中性粒子載流子的注入（電子和空穴分別從陰極和陽極注入）；電致發(fā)光基1383.高分子發(fā)光材料發(fā)光材料在電致發(fā)光器件起決定性作用，發(fā)光效率、發(fā)射光波長（顏色）、使用壽命種類：無機(jī)半導(dǎo)體材料有機(jī)金屬絡(luò)合物材料有機(jī)共軛小分子材料

主鏈共軛高分子材料3.高分子發(fā)光材料發(fā)光材料在電致發(fā)光器件起決定性作用，發(fā)139主鏈共軛高分子電致發(fā)光材料具有線形共軛結(jié)構(gòu)，載流子傳輸性能優(yōu)良，是目前使用最廣泛的有機(jī)電致發(fā)光材料之一。聚對(duì)苯乙炔（PPV）及其衍生物聚烷基噻吩（PAT）及其衍生物聚芳香烴類化合物主鏈共軛高分子電致發(fā)光材料具有線形共軛結(jié)構(gòu)，載流子傳輸性能優(yōu)140（1）聚對(duì)苯乙炔（PPV）及其衍生物最早使用，研究最充分優(yōu)良的空穴傳輸性能和熱穩(wěn)定性發(fā)黃綠色光如引入取代基或控制共軛鏈長度，可調(diào)節(jié)波長，得到紅、藍(lán)、綠光單純的PPV溶解性