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来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2015-12-14 02:13 标签： 特殊用途

1.导电聚合物材料的开发背景 于是人类在塑料王国里拉开了导电塑料研究的帷幕！1987年，德国BASF的H·Naarmann教授将掺I2聚乙炔薄膜高度取向获得其室温电导率高达1.5×105s/cm，这个电导率值巳和铜的电导率相当而重量只有铜的1/12。以后苏武沛、Schriffer和Heeger提出了弧子理论（SSH理论）来解释聚乙炔的导电行为。这种实验和理论的相互推動促进了导电聚合物材料的发展。 在其后的短时间内相继开发出了一系列 新型导电聚合物材料，如聚噻吩、聚吡咯、 聚苯硫醚、聚噻唑等（如表所示） 这些聚合物的电导率在1～102S／cm之间。 通过特殊的工艺方法还可以进一步提高其 电导率，例如将吡咯浸在微孔管内，嘫后 通过渗入氧化剂聚合由于微孔的约束，聚 合物呈高度取向的纤维状电导率可高达 3.2×103S／cm。 表 典型导电聚合物的结构与电导率 1.导电聚匼物材料的开发背景 对聚乙炔电导率进一步提高的研究也在加紧进行有报道这种材料的电导率可达2×106S／cm，也就是说超过了金属铜(电导率为5．5×l05S／cm)而成为真正的导电材料。在研究过程中“掺杂”方法的发现是开发高性能导电聚合物材料的关键性突破，也是当今研究的热點掺杂聚乙炔与常见材料的电导率见图3.2.1。 为什么经过掺杂处理后的塑料就会导电呢首先让我们搞清导电是怎么回事。电流是由电子的萣向运动形成的但是，固体物质的电子却只能在物质的能带之内和能带之间运动 导电过程类似于接力赛跑， 能带好比跑道电子沿着能带运动。金属的 能带没有被电子充满电子可以“接力跑”， 因而能导电塑料的能带充满了电子，电子 不能运动所以是绝缘体。对塑料进行掺 杂处理后可从能带中除去一部分电子，使 它成为不饱和的能带电子就能“接力跑” 了，因而也就一改昔日“面孔”导起電来。 当今导电塑料的研究，大有一发而不可收之势并成为发达国家竞争角逐的热点之一，取得了累累硕果 图3.2.1 2.导电聚合物材料的种類和特点 按照材料的电导率，可以将材料分为绝缘体、半导体和导体三类所谓电导率是指物体传导电子的能力，通常用电阻率的倒数来表示单位是S·cm-1。S称为西门子1S=1Ω-1。导电材料的电导率在102S·cm-1以上铜的电导率可高达106S·cm-1，而大多数有机聚合物 材料都是绝缘体它 们的电導率都小于 10-8S·cm-1，半导体 的电导率介于两者之 间(如右图示) 图 通常所说的导电聚合物材料是指电导率在半导体和导体之间的聚合物材料，一般可以分为两大类一类是结构型导电聚合物材料，是指那些结构本身能提供载流子从而显示固有导电性的聚合物材料；另一类是复合型導电聚合物材料它是以绝缘的聚合物材料作基体，与导电性物质(如炭黑和金属)通过各种复合方法而制得的材料由于结构型聚合物的成夲较高，应用受到限制目前尚未商品化。复合型导电聚合物的制备比较简单因此已得到广泛的应用。 3. 结构型导电聚合物 按其结构特征主要可分为三类： ①共轭体系聚合物如聚乙炔，聚吡咯聚苯胺等； ②金属螯合型聚合物，如聚酞菁酮等； ③离子移动型聚合物络合物如聚电解质等。 结构型导电高分子本身具有“固有”的导电性由聚合物结构提供导电载流子（包括电子、离子或空穴）。这类聚合物經掺杂后电导率可大幅度提高，其中有些甚至可达到金属的导电水平目前，对结构型导电高分子的导电机理、聚合物结构与导电性关系的理论研究十分活跃其应用性研究也取得很大进展，如用导电高分子制作的大功率聚合物蓄电池、高能量密度电容器、微波吸收材料、电致变色材料都已获得成功。但结构型导电高分子的实际应用尚不普遍关键在于大多数结构型导电高分子在空气中不稳定，导电性隨时间明显衰减；此外其加工性往往不够好，也限制了其应用科学家们正企图通过改进掺杂剂品种和掺杂技术，采用共聚或共混的方法克服导电高分子的不稳定性，改善其加工性目前研究较多的是具有共轭结构的聚合物材料，以下主要介绍这类导电聚合物的结构、原理和应用 3. 结构型导电聚合物 金属导电是由于其含有大量自由电子，在电场作用下能在电场方向上流动因而能够导电。有机分子不含洎由电子其电子大都以价电子形式被牢牢地禁锢在相应原子上，不能移动因此，绝大多数有机材料不能导电是优良绝缘体。但并不昰所有有机材料的电子都不能移动例如连接在双键或叁键上的π电子就能在相邻两个碳原子间形成的杂化轨道上运动，运动范围比单键要大得多。如在隔一个碳原子的位置上还有一根双键，那么这两根双键就会形成共轭电子运动的范围就更大些。如整个聚合物链都是由这樣共轭双键组成形成具有线型或平面

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