導(dǎo)電高分子及其復(fù)合材料.ppt

1、導(dǎo)電性高分子及導(dǎo)電性高分子材料，首先，高分子材料一般使用電線的絕緣層等作為絕緣材料。 如果高分子材料能像金屬一樣通電的話，我們的生活會(huì)怎么樣呢(1)用高分子材料代替金屬電線：重量輕、廉價(jià)、資源廣。 (2)能夠解決生活中的許多靜電吸塵問題，(3)電磁波屏蔽，傳統(tǒng)的高分子是由共價(jià)鍵連接的幾個(gè)大分子，構(gòu)成大分子的各個(gè)化學(xué)鍵非常穩(wěn)定，形成化學(xué)鍵的電子不能移動(dòng)，因?yàn)榉肿又袥]有非?；钴S的孤立電子和非常活躍的鍵電子，是電中性的高分子材料有導(dǎo)電的可能性嗎？ 1974年日本筑波大學(xué)H.Shirakawa在聚乙炔的合成實(shí)驗(yàn)中，偶然過量投入1000倍的催化劑，合成了興奮的銅色順式聚乙炔薄膜和銀白色光澤的反式聚乙炔。

2、 有機(jī)高分子不能徹底改變作為導(dǎo)電材料的概念。 世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電性高分子材料，g.macdiarmid h.shirakawa j.hee ger阿倫馬克迪爾米德白川英樹阿倫黑，其他導(dǎo)電性高分子材料，聚噻吩，聚苯胺，聚苯乙炔，聚吡咯，分子中雙鍵及聚殘奧亞苯基(PPP )、聚咔唑(PCB )、聚喹啉(PQ )、聚硫代萘(PTIN )、電子導(dǎo)電性聚合物的特征、有機(jī)聚合物成為導(dǎo)體的必要條件：使其內(nèi)部的某個(gè)電子或空穴具有跨結(jié)合區(qū)域的移動(dòng)能力的大型共聚物電子導(dǎo)電聚合物的共同結(jié)構(gòu)特征：分子內(nèi)具有大的共軛電子體系，具有鍵轉(zhuǎn)移能力的價(jià)電子成為這種導(dǎo)電聚合物的唯一載體。 已知的電子導(dǎo)電性聚合物除了早期發(fā)現(xiàn)的聚乙炔以

3、外，通常是芳香單環(huán)、多環(huán)和雜環(huán)的共聚或均聚物。 根據(jù)載體的不同，導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電機(jī)理可分為3種：電子導(dǎo)電、離子導(dǎo)電和氧化還原導(dǎo)電3種：純或未摻雜的電子導(dǎo)電聚合物分子中的各結(jié)合分子軌道之間存在一定的能量階梯。 另一方面，由于電場力，電子在聚合物內(nèi)部移動(dòng)時(shí)必須跨越該能量階梯，由于該能量階梯的存在，價(jià)電子在共軛聚合中不能完全自由地跨越鍵。 因此，其導(dǎo)電能力受到影響，導(dǎo)電率不高。 屬于半導(dǎo)體的范圍。 圖中的碳原子右上角的符號(hào)表示參與鍵形成的p電子。 上述的聚乙炔結(jié)構(gòu)，可以看作內(nèi)部多享有由一個(gè)樹成對(duì)電子的CH自由基構(gòu)成的長鏈，當(dāng)所有碳原子在一個(gè)平面內(nèi)時(shí)，其末成村電子云在空間上相互平行取向，相互重疊構(gòu)成共

4、短鍵。 固體物理理論表明，該結(jié)構(gòu)理想的一維金屬結(jié)構(gòu)電子能夠在一維方向上自由運(yùn)動(dòng)是聚合物導(dǎo)電的理論基礎(chǔ)。 根據(jù)分子電子結(jié)構(gòu)分析，聚乙炔結(jié)構(gòu)可以寫如下。 如上圖所示，兩個(gè)能帶的能量存在差異，但在導(dǎo)電狀態(tài)下p電子離開域的運(yùn)動(dòng)必須超過該能量階梯差。 這是阻礙我們線性共軛體系中遇到的電子運(yùn)動(dòng)，影響其電導(dǎo)率的基本因素，考慮到每個(gè)CH自由基結(jié)構(gòu)單元的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)分子軌道中只填充了兩個(gè)反自旋方向的電子。 應(yīng)當(dāng)處于非穩(wěn)定狀態(tài)，其中每個(gè)p電子占據(jù)一個(gè)軌道的上圖中描述的線性共軛電子系統(tǒng)處于半滿能帶。 構(gòu)成2原子對(duì)的電子對(duì)占據(jù)一方的分子軌道，另一方成為空軌道的傾向。 由于空軌道和占

5、有軌道能級(jí)的不同，原p原子形成的能帶分裂為兩個(gè)子帶，一個(gè)由全充滿能帶構(gòu)成價(jià)帶，另一個(gè)是空帶，構(gòu)成傳導(dǎo)帶。 現(xiàn)代結(jié)構(gòu)分析和測試結(jié)果表明，線性共軛聚合物中兩個(gè)相鄰鍵的鍵長和鍵能存在差異。 這一結(jié)果間接證明了該系統(tǒng)存在能帶分裂。Peierls理論不僅描述了線性共軛聚合物的導(dǎo)電現(xiàn)象和導(dǎo)電能力，還提出了如何尋找和提高導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電能力。 電子的相對(duì)移動(dòng)是導(dǎo)電的基礎(chǔ)。 電子在共軛電子系統(tǒng)中自由移動(dòng)，首先必須克服全波段和空波段之間的能量階梯。 因?yàn)槿ǘ魏涂詹ǘ卧诜肿咏Y(jié)構(gòu)中相互有間隔。 由該能量階梯差的大小決定共軛型聚合物的導(dǎo)電能力的高低。 由于丁這個(gè)能量階梯的存在，我們得到的不是良導(dǎo)體而是半導(dǎo)體。 由此

6、可知，降低能帶分裂引起的能量階梯差是提高共軛型導(dǎo)電性聚合物的電導(dǎo)率的主要手段。 電子導(dǎo)電性聚合物的摻雜、摻雜的作用：在聚合物的空軌道中放入電子，或者從占有軌道中抽出電子，改變現(xiàn)在電子能量世代的能級(jí)，出現(xiàn)處于能量中央的半充滿能帶，減小能帶之間的能差， 減少自由電子或空穴遷移的阻礙力，大大提高導(dǎo)電能力，1 )物理化學(xué)摻雜： n摻雜：供電子物質(zhì)(例如Na )、接收也稱為還原摻雜p摻雜的電子的物質(zhì)(例如I2)、氧化摻雜2 )電化學(xué)摻雜：氧化反應(yīng)： ClO4-等陰離子摻雜還原反應(yīng)NR4等的陽離子3 )質(zhì)子酸摻雜：質(zhì)子化反應(yīng)4 )其他物理摻雜：光等激發(fā)、摻雜方法、電子導(dǎo)電性聚合物電導(dǎo)率影響因子；1 )摻雜

7、過程、摻雜劑及摻雜量、金屬材料的電導(dǎo)溫度系數(shù)為負(fù)值，即溫度越高電導(dǎo)率越低。 電子導(dǎo)電性聚合物的溫度系數(shù)為正，即隨著溫度的上升，電阻減少，電導(dǎo)率增加，2 )溫度：電導(dǎo)性聚合物的電導(dǎo)率隨著溫度的變化而變化：式中，sat、To分別為常數(shù)，具體的數(shù)值為材料樹本身的性質(zhì)和摻雜的程度隨著共軛鏈長度的增長，電子波函數(shù)的這種趨勢(shì)變得顯著，有利于自由電子沿分子共軛鏈移動(dòng)，聚合物的電導(dǎo)率增加。 由圖可知，線性共軛導(dǎo)電性聚合物的電導(dǎo)率隨著共軛鏈長的增長呈指數(shù)函數(shù)急速增加。 因此，提高共軛鏈的長度是提高聚合物導(dǎo)電性能的重要手段之一這一結(jié)論適用于所有類型的電子導(dǎo)電聚合物。 3 )分子中共役鏈長：電是導(dǎo)電聚合物的電導(dǎo)率隨

8、溫度變化的：離子導(dǎo)電高分子材料，載流子：正、負(fù)離子、載流子正、負(fù)離子體積大于電子，不能在固體晶格間相對(duì)移動(dòng). 構(gòu)成導(dǎo)電所必需的兩個(gè)條件：1)不是離子對(duì)，而是獨(dú)立存在的正、負(fù)離子可以自由移動(dòng)，影響離子傳導(dǎo)性聚合物傳導(dǎo)能力的要素，聚合物其他要素：聚合物溶劑化能：聚合物玻璃化溫度：改善離子傳導(dǎo)性聚合物的傳導(dǎo)性共聚：降低Tg和結(jié)晶性2 )交聯(lián)：降低材料的結(jié)晶性3 )混合：提高導(dǎo)電性能4 )塑化：降低Tg和結(jié)晶性，氧化還原型導(dǎo)電聚合物，還原型導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電機(jī)理，金屬導(dǎo)電：自由電子型導(dǎo)電聚合物：含有共軛鍵，載流子為電子的離子型導(dǎo)電聚合物：電子氧化還原型導(dǎo)電聚合物：雖然是可逆氧化還原反應(yīng)，但總體上結(jié)構(gòu)型導(dǎo)

9、電高分子的實(shí)用化還不普遍，關(guān)鍵技術(shù)問題是許多結(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)間顯著衰減。 另外，導(dǎo)電性高分子的加工性不充分的情況很多，它們的應(yīng)用也受到限制。本征型導(dǎo)電聚合物材料的合成方法、本征型導(dǎo)電聚合物材料的合成方法主要有電化學(xué)聚合法和化學(xué)聚合法兩種：1、化學(xué)聚合法聚苯乙烯的化學(xué)聚合法(Kovacic )、本征型導(dǎo)電聚合物材料的合成方法、缺點(diǎn)：只適用于小批量生產(chǎn)的2本征型導(dǎo)電聚合物材料的合成方法， 其他合成方法：3 .乳液聚合法，4 .微乳液聚合法，高分子材料的絕緣在其分子結(jié)構(gòu)中共價(jià)鍵限制了電子的遷移，因此解決高分子材料導(dǎo)電性能的關(guān)鍵問題是產(chǎn)生電流的載體問題。 還有其他讓高分子材料

10、導(dǎo)電的方法嗎？ 如果能夠向聚合物中導(dǎo)入足夠數(shù)量的載氣，就能夠使絕緣聚合物成為半導(dǎo)體或?qū)w。 像這樣嗎？ 那么，將導(dǎo)電的粒子填充到絕緣的聚合物中，將載體填充到導(dǎo)電粒子中，得到的復(fù)合材料也能夠?qū)щ妴幔?以結(jié)構(gòu)型高分子從材料為基體(連續(xù)相)，由各種導(dǎo)電性物質(zhì)(例如碳系、金屬、金屬氧化物、結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電性高分子等)和分散復(fù)合、層疊復(fù)合、表面復(fù)合或傾斜復(fù)合等方法構(gòu)成的具有導(dǎo)電能力的材料。 其中，分散復(fù)合法最為普遍。 導(dǎo)電性填料在復(fù)合型導(dǎo)電性高分子中發(fā)揮供給載氣的作用，其形態(tài)、性質(zhì)及使用量直接決定材料的導(dǎo)電性。 導(dǎo)電性高分子復(fù)合材料導(dǎo)電機(jī)理、導(dǎo)電性填料、聚合物基體、導(dǎo)電性復(fù)合材料的導(dǎo)電機(jī)理、導(dǎo)電性復(fù)合材料的滲

11、透現(xiàn)象、導(dǎo)電性高分子復(fù)合材料的基本概念、高分子基體材料、導(dǎo)電性填充材料、導(dǎo)電性高分子復(fù)合材料的組成、其他助劑、聚合物基體導(dǎo)電性復(fù)合材料的制造方法， 簡單b )溶液共混法c )乳液共混，優(yōu)點(diǎn)：工序簡單，希望大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，缺點(diǎn)：分散效果差，簡單機(jī)械混合法：熔融共混，聚合物系導(dǎo)電復(fù)合材料的制造方法，聚合物系導(dǎo)電復(fù)合材料的制造方法，2 .填料表面的接枝改性處理后，聚合物炭黑接枝圖像() 分散效果高，滲透值低，2 .填料表面的接枝改性處理后，與聚合物基體進(jìn)行機(jī)械共混，CB-g-WPU/WPU復(fù)合材料(乳液共混)，聚合物系導(dǎo)電復(fù)合材料的制造方法，3 .原位聚合法不同合成方法的過滲值的比較、聚合物系導(dǎo)電性復(fù)

12、合材料的制造方法、影響導(dǎo)電性的因素、導(dǎo)電性填料的性質(zhì)、制造工藝、導(dǎo)電性填料的使用量、導(dǎo)電性填料的形狀、導(dǎo)電性高分子復(fù)合材料的應(yīng)用、1 .防靜電、防靜電的必要性：電絕緣性聚合物， 防靜電的必要性合成纖維制成的衣服會(huì)引起放電，吸塵器殼體會(huì)吸附大量的灰塵，電視屏幕會(huì)吸附灰塵，電視收音機(jī)會(huì)受到干擾，有時(shí)靜電泄漏會(huì)引起嚴(yán)重的火災(zāi)和爆炸事故。 防靜電方法：適時(shí)引導(dǎo)產(chǎn)生的靜電，避免靜電積累，應(yīng)用導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，近年來鉛錫是印刷線路板和表面安裝技術(shù)的連接材料，其中鉛含量在40%左右。 鉛污染人體的健康和環(huán)境。 對(duì)于電子產(chǎn)品及制造過程中使用的有毒重金屬，例如鉛等，美國從1992年開始禁止使用，日本在2001

13、年規(guī)定限制使用鉛的歐洲也明確規(guī)定了2004年停止使用。 歐盟積極運(yùn)行禁鉛政策，世界上所有的電子產(chǎn)業(yè)都期待2008年徹底實(shí)施無鉛電子產(chǎn)業(yè)。 2 .導(dǎo)電膏、導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的應(yīng)用，簡稱導(dǎo)電型粘接劑、導(dǎo)電膏，是將各種材料有效粘接，同時(shí)具有導(dǎo)電性能的粘接劑。 導(dǎo)電膏作為新型復(fù)合材料的應(yīng)用日益受到重視，具有廣闊的市場前景和發(fā)展?jié)摿?。?dǎo)電性填料能夠大幅提高線分辨率，能夠應(yīng)對(duì)高I/O密度，并且還具有固化溫度低、組裝工序簡化等優(yōu)點(diǎn)，因此迅速發(fā)展。 解決目前廣泛應(yīng)用于電話與移動(dòng)通信系統(tǒng)、廣播、電視、計(jì)算機(jī)行業(yè)、汽車工業(yè)的醫(yī)療器械、電磁兼容(EMC )等方面。 導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的應(yīng)用、2 .導(dǎo)電膏、隱身技術(shù)是

14、當(dāng)前軍事科學(xué)的重要技術(shù)之一，是國家軍事力量的重要標(biāo)志。 隱身材料是能夠減少軍事目標(biāo)雷達(dá)特征、紅外特征、光電特征和目視特征的材料系統(tǒng)。 導(dǎo)電聚合物出現(xiàn)以來，導(dǎo)電聚合物作為新的有機(jī)和聚合物雷達(dá)波吸收材料被稱為導(dǎo)電聚合物領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和導(dǎo)電聚合物實(shí)用化的突破點(diǎn)。 導(dǎo)電高分子化合物是巡洋導(dǎo)彈控制頂蓋的優(yōu)先隱藏材料，3 .軍事隱藏材料、導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的應(yīng)用、導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的應(yīng)用、雷達(dá)隱藏技術(shù)雷達(dá)電波吸收材料，3 .軍事隱藏技術(shù)紅外線隱藏材料、導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的應(yīng)用、電磁屏蔽材料的導(dǎo)電材料，因此， 它是一種非常理想的代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬的新型電磁屏蔽材料，可以應(yīng)用于計(jì)算機(jī)房、手機(jī)、電視、計(jì)算機(jī)和起搏器等

15、電子電氣部件。 4 .其他應(yīng)用、PTC型導(dǎo)電高分子復(fù)合材料、PTC型導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的基本概念、PTC效應(yīng)，即正溫度系數(shù)效應(yīng)是指材料的電阻率隨溫度上升而增大的現(xiàn)象。PTC型導(dǎo)電高分子復(fù)合材料、復(fù)合材料的電阻隨溫度的升高而增大，有明顯的突變現(xiàn)象，包括PTC導(dǎo)電復(fù)合材料的功能原理、PTC型導(dǎo)電高分子復(fù)合材料、聚合物基體填料組成和含量的制備工藝、影響PTC性能的主要因素、PTC型導(dǎo)電高分子復(fù)合材料、 電阻率與PTC強(qiáng)度和填料含量的關(guān)系影響PTC性能的主要因素，PTC型導(dǎo)電性高分子復(fù)合材料，體積膨脹理論，晶體區(qū)破壞說，PTC復(fù)合材料的功能機(jī)理，PTC型導(dǎo)電性高分子復(fù)合材料，1 .自制加熱系統(tǒng)自制加熱

16、電纜在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用， 2 .加熱元件在其他領(lǐng)域的作用，PTC復(fù)合材料的應(yīng)用在節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器上的應(yīng)用，微電動(dòng)機(jī)的自保護(hù)，4 .其他應(yīng)用，氣敏性導(dǎo)電性高分子復(fù)合材料，氣敏性導(dǎo)電性高分子復(fù)合材料的基本概念，復(fù)合材料吸收有機(jī)溶劑蒸氣時(shí)，復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生急劇變化，填充劑不脫離平衡位置復(fù)合材料重新配置到空氣中時(shí)，吸收的蒸汽脫落，復(fù)合材料的電阻迅速上升到初始值，具有這種氣體傳感器開關(guān)特性的導(dǎo)電性高分子復(fù)合材料成為氣體傳感器導(dǎo)電性高分子復(fù)合材料。 柔性、性質(zhì)多樣性、高氣敏性、優(yōu)良的反復(fù)可逆性一體化，現(xiàn)階段聚合物氣敏性材料的研究熱點(diǎn)，氣敏性導(dǎo)電性高分子復(fù)合材料、導(dǎo)電性復(fù)合材料在有機(jī)溶劑中的電阻發(fā)生非線性突變現(xiàn)象、氣敏性導(dǎo)電性復(fù)合材料的功能原理、氣敏性導(dǎo)電性高分子復(fù)合材料，1、響應(yīng)速度快，2、再現(xiàn)性和穩(wěn)定性低蒸汽壓下，復(fù)合材料的氣敏響應(yīng)度與蒸汽壓呈線性關(guān)系，定量檢測有機(jī)蒸汽濃度、