导电高分子材料简介及发展趋势.doc

导电高分子材料简介及发展趋势.doc导电高分子材料简介及发展趋势(江苏大学材料科学与工程学院) 摘要: 介绍了导电高分子材料的概念、分类、导电机理、应用领域及其与传统导电材料比较,导电高分子材料的特点。综述了近几年具有发展前景的几种导电高分子材料的研究状况,并对前景进行了展望。关键词: 导电高分子制备方法导电机理应用发展趋势隐身材料导电高分子又称导电聚合物,自从 1976 年,美国宾夕法尼亚大学的化学家 Mac Diarmi d领导的研究小组首次发现掺杂后的聚乙炔( Poly acetylene ,简称 PA)具有类似金属的导电性(导电高分子的导电性如图一) , 人们对共轭聚合物的结构和认识不断深入。现有的研究成果表明,发展导电高分子兼具有机高分子材料的性能及半导体和金属的电性能, 具有密度小,易加工成各种复杂的形状,耐腐蚀,可大面积成膜及可在十多个数量级的范围内进行调节等特点, 因此高分子导电材料不仅可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品, 而且已成为许多先进工业部门和尖端技术领域不可缺少的一类材料。本文介绍了导电高分子材料的分类、制备方法、导电机理、应用趋势及其作为隐身材料的原理。图一 1 导电高分子材料的分类按结构和制备方法不同将导电高分子材料分为复合型与结构型两大类[1]。复合型导电材料是由高分子和导电剂(导电填料)通过不同的复合工艺而构成的材料。结构型结构型导电高分子又称本征型导电高分子( Intrinsically conducting polymer ,简称 ICP ),是指高分子材料本身或经过少量掺杂处理而具有导电性能的材料,其电导率可达半导体甚至金属导体的范围。 2 高分子导电材料的制备方法复合型导电高分子所采用的复合方法主要有两种[2]:一种是将亲水性聚合物或结构型导电高分子进行混合,另一种则是将各种导电填料填充到基体高分子中。结构型导电聚合物一般用电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子给体(如图二)或受体进行掺杂后制得[3]。图二电化学聚合法- 聚苯 3 导电机理高分子聚合物导电必须具备两个条件:一要能产生足够数量的载流子(电子、空穴或离子等);二大分子链内和链间要能够形成导电通道。在离子型导电高分子材料中,聚醚、聚酯等的大分子链呈螺旋体空间结构,与其配位络合的阳离子在大分子链段运动作用下,就能够在螺旋孔道内通过空位迁移;或被大分子“溶剂化”了的阴阳离子同时在大分子链的空隙间跃迁扩散(“动力学扩散理论”)。对于电子型导电高分子材料,作为主体的高分子聚合物大多为共轭体系(至少是不饱和键体系),长链中的π键电子较为活泼,特别是与掺杂剂形成电荷转移络合物后,容易从轨道上逃逸出来形成自由电子[3]。大分子链内与链间电子轨道重叠交盖所形成的导电能带为载流子的转移和跃迁提供了通道。在外加能量和大分子链振动的推动下,便可传导电流。复合型导电高分子材料存在着导电通道、隧道效应、场致发射3种导电机理,复合型导电高分子的导电性能是这 3种导电机理作用的竞争结果。在不同情况下出现以其中一种机理为主导的导电现象[4]。 4 高分子导电材料的应用及前景经过多年世界范围内的广泛研究,导电聚合物在新能源材料方面的应用已获得了很大的发展,但离实际大规模应用还有一定的距离。这主要是因为其加工性不好和稳定性不高造成的。但导电聚合物特殊的结构以及优异的物理化学性能, 使得其在能源( 二次电池、太阳能电