高分子化合物的合成導電高分子材料

高分子化合物的合成導電高分子材料第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六本征型導電高分子：是指具有共軛π-鍵，其本身或經(jīng)過“摻雜”后具有導電性的一類高分子材料。復合型導電高分子：是指以絕緣高分子為基體，與其他導電性物質以均勻分散復合、層疊復合或形成表面導電膜等方式，制得的一種有一定的導電性能的復合材料。本征型導電高分子復合型導電高分子一.導電高分子的分類第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六二.導電高分子材料的研究進展

1974年日本筑波大學H.Shirakawa在合成聚乙炔的實驗中，偶然地投入過量1000倍的催化劑，合成出令人興奮的有銅色的順式聚乙炔薄膜與銀白色光澤的反式聚乙炔。

Ti(OC4H9)4Al(C2H5)3H－C≡C－H1000倍催化劑溫度10－8～10－7S/m10－3～10－2S/m導電高分子材料的發(fā)現(xiàn)第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六導電高分子材料的研究進展

1975年，G.MacDiarmid、J.Heeger與H.Shirakawa合作進行研究，他們發(fā)現(xiàn)當聚乙炔曝露于碘蒸氣中進行摻雜氧化反應(doping)后，其電導率令人吃驚地達到3000S/m。聚乙炔的摻雜反應第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六NobelPrizeinChemistry2000“Forthediscoveryanddevelopmentofconductivepolymers”G.MacDiarmidH.ShirakawaJ.Heeger第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六名稱結構聚乙炔聚噻吩聚吡咯聚苯胺聚苯等其他種類

與聚乙炔相比，它們在空氣中更加穩(wěn)定，可直接摻雜聚合，電導率在104S/m左右，可以滿足實際應用需要。第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六半導體到導體的實現(xiàn)途徑－摻雜(doping)

在共軛有機分子中σ電子是無法沿主鏈移動的，而π電子雖較易移動，但也相當定域化，因此必需移去主鏈上部分電子(氧化)或注入數(shù)個電子(還原)，這些空穴或額外電子可以在分子鏈上移動，使此高分子成為導電體。導電高分子材料的共同特征－交替的單鍵、雙鍵共軛結構三.本征導電高分子材料的導電機理第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六導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+

添補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。本征導電高分子材料的導電機理摻雜導電高分子材料的導電機理

碘分子從聚乙炔抽取一個電子形成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，結果使雙鍵可以成功地延著分子移動，實現(xiàn)其導電能力。第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六四高分子材料導電能力的影響因素導電高分子材料聚乙炔的電導率摻雜方法摻雜劑電導率，S/m未摻雜型順式聚乙炔反式聚乙炔1.7×10－74.4

×10－3p－摻雜型（氧化型）碘蒸汽摻雜五氟化二砷摻雜高氯酸蒸汽電化學摻雜5.5×1041.2×1055×1031×105n－摻雜型（還原型）萘基鉀摻雜萘基鈉摻雜2×104103～104第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六高分子材料導電能力的影響因素摻雜率對導電高分子材料導電能力的影響

摻雜率小時，電導率隨著摻雜率的增加而迅速增加；當達到一定值后，隨摻雜率增加的變化電導率變化很小，此時為飽和摻雜率。第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六高分子材料導電能力的影響因素共軛鏈長度對導電高分子材料導電能力的影響

π電子運動的波函數(shù)在沿著分子鏈方向有較大的電子云密度，并且隨著共軛鏈長度的增加，這種趨勢更加明顯，導致聚合物電導率的增加。第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六高分子材料導電能力的影響因素溫度對導電高分子材料導電能力的影響

對金屬晶體，溫度升高引起的晶格振動阻礙其在晶體中的自由運動；而對于聚乙炔，溫度的升高有利于電子從分子熱振動中獲得能量，克服其能帶間隙，實現(xiàn)導電過程。第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六1.電導率范圍寬五.導電高分子材料的特性第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六導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-脫摻雜過程可逆導電高分子材料的特性3.響應速度快響應速度快(10-13sec)第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六4.具有電致變色性導電高分子材料的特性第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六六.導電高分子材料的應用第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六導電高分子材料的應用－半導體/導體/可逆摻雜半導體特性的應用－發(fā)光二極管

利用導電高分子與金屬線圈當電極，半導體高分子在中間，當兩電極接上電源時，半導體高分子將會開始發(fā)光。比傳統(tǒng)的燈泡更節(jié)省能源而且產(chǎn)生較少的熱，具體應用包括平面電視機屏幕、交通信息標志等。第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六導電高分子材料的應用半導體特性的應用－太陽能電池

導電高分子可制成太陽電池，結構與發(fā)光二極管相近，但機制卻相反，它是將光能轉換成電能。優(yōu)勢在于廉價的制備成本，迅速的制備工藝，具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性。第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六導電高分子材料的應用導體特性的應用抗靜電理想的電磁屏蔽材料，可以應用在計算機、電視機、起搏器等電磁波遮蔽涂布能夠吸收微波，因此可以做隱身飛機的涂料

防蝕涂料能夠防腐蝕，可以用在火箭、船舶、石油管道等

第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六導電高分子材料的應用電化學摻雜/去摻雜之可逆性的應用－電變色組件

共軛高分子在電化學氧化還原時都會產(chǎn)生變色現(xiàn)象。電變色性在汽車防眩后視鏡、光信息儲存組件、太陽眼鏡、軍事用途護目鏡、飛機駕駛艙遮篷及智能窗等可控制電變色性質的應用上具有極大的發(fā)展?jié)摿?。第二十頁，共二十三頁，編輯?023年，星期六導電高分子材料的應用電化學摻雜/去摻雜之可逆性的應用－可反復充放電電池

導電高分子電極與對應電極及電解質構成一個蓄有電能的電池，若加電場而摻雜充電，加負載而去摻雜放電，該充電/放電過程為可逆反應。具有價廉、能量密度高、循環(huán)壽命長、和低自身放電等優(yōu)點。

高分子摻雜態(tài)儲存電能、脫摻雜過程中釋放電能。

——全塑電池第二十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六導電高分子材料的應用電化學摻雜/去摻雜之可逆性的應用－氣體檢測器

檢測的氣體包括氧化性氣體與還原性氣體，氧化性氣體在高分子薄膜內將導電高分子氧化，形成陰離子摻雜，增加導電度；還原性氣體在高分子薄膜內則會將導電高分子還原，形成陽離子摻雜，降低導電度。因為其對電信號的變化非常敏感，因此可以用做檢測器。

生物傳感器葡萄糖傳感器、尿素傳感器、乳酸傳感器、膽固醇傳感器第二十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期六七.總結導電高分子材料的優(yōu)越性具有半導體及導體雙重特性，可低溫加工、可大面積化、具有塑