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导电高分子材料演讲ppt演讲材料

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3 电导率 σ =1/ρ=1/(Ω*m )=S/m

ρ—电阻率,ρ=RS/L

单位:mS/m , S/cm , μS/cm …

5 1862年:英国伦敦医学专科学校 H.Letheby 在硫酸中电解苯胺而得到少量导电性物质(可能是聚苯胺)。

1954年:米兰工学院 G.Natta 用 Et 3Al-Ti(OBu)4为催化剂制得聚乙炔, 虽然有非常好的结晶体和规则的共轭结构,然而难溶解、难熔化、不易加工和实验测定,这种材料未得到广泛利用。

1970年:科学家发现类金属的无机聚合物聚硫氮(SN)x 具有超导性。

1975年:A.G.MacDiarmid 、A.J.Heeger 与H.Shirakawa 合作研究,将无机导电聚合物研制与有机导电聚合物研制相结合。发现未掺卤素的顺式聚乙炔的导电率为10-8~10-7S/m ;未掺卤素的反式聚乙炔为10-3~10-2 S/m ,而当聚乙炔曝露于碘蒸气中进行掺杂氧化反应后,其电导率可达3000S/m 。

1980年:英国 Durham 大学的W. Feast 得到更大密度的聚乙炔。

1983年:加州理工学院的 Robert H. Grubbs 以烷基钛配合物催化剂将环辛四烯转换成了聚乙炔,导电率35000S/m ,但难以加工且不稳定。

7

9 1导电高分子定义:具有π-共轭体系,经过“掺杂”后具有导电性的一类高分子材料

的统称。

2结构通式:[P+x·xA-]n (p —型掺杂)

[P-x·xA+]n (n —型掺杂)

式中:P+、P-——带正电和带负电的π-共轭体系高分子链;

A- 、A+——一价对阴离子和一价对阳离子;x——掺杂度。

3离子与链间作用:对阴离子和对阳离子与高分子链之间没有化学键合,仅

起到正负电荷平衡的作用

4纯净无缺陷的理想π共轭结构高分子:绝缘体,不导电。

5导电行为的产生:激发使π共轭结构出现缺陷,最常用的方法是掺杂(doping),

其他有光激发等物理方法。

6导电高分子的掺杂:在π共轭结构高分子链上发生电荷转移或氧化还原反应,是实现由绝缘体向半导体、导体转变的必要途径。

(CH)n + nx A→ [(CH)+x · xA-1] n 氧化掺杂(I2、ASF5)

(CH)n + nx A→ [(CH)-x · xA+1] n 还原掺杂(Na、K)

x——掺杂度,即高分子被氧化还原的程度;聚乙炔:x=0~0.1

7掺杂目的:降低能带隙

8掺杂的结果:在聚合物的空轨道中加入电子或从占有轨道中拉走电子,从而改变原有π电子能带的能级,产生能量居中的半充满能带,减小能带间的能级差,使自由电子迁移阻力降低。电子迁移阻力降低了,就更容易导电了。

12 1.导电率变化范围宽

随掺杂度变化,可在绝缘体-半导体-金属态之间变化

13 2.掺杂-脱掺杂过程可逆

导电高分子不仅可以掺杂, 而且还可以脱掺杂, 并且掺杂-脱掺杂的过程完全可逆。

3.具有光学性能(光诱导吸收、光致发光等非线性光学特性)、磁学性能、电化学性

能(随氧化/还原过程,颜色发生变化)等

15 聚吡咯Polypyrrole(PPy)

五元环,稳定性相对较好。

电化学合成法化学氧化法

掺杂剂:金属盐类FeCl3,卤素I2、Br2,质子酸H2SO4及路易斯酸BF3等

具有生物相容性,无毒害,用作生物医用领域及研制人工肌肉、气体和生物传感器、电磁屏蔽、隐身材料、抗静电材料、导电纤维等

聚苯撑/聚对苯Poly(p-phenylene)

含有芳环结构的有机聚合物具有相当好的热稳定性,结构规整的高结晶度的聚苯撑可稳定到800~900 ℃。

弱点:缩合型交联剂,有低分子挥发物,受限制

聚噻吩Polythiophene (PTh)

五元杂环,无活泼氢。本征态聚噻吩为红色无定型固体,掺杂后则显绿色。这一颜色变化可应用于电致变色器件。

聚合和掺杂性与PPy 相似,多为电化学聚合法。

聚苯胺Polyaniline

氧化单元还原单元

依两单元所占比例不同,聚苯胺可有三种极端形式。即

全还原态(y=0,简称LEB)

全氧化态(y=1,简称PNB)

中间氧化态(y= 0.5,简称EB) ,各态之间可以相互转化

制备方法:化学氧化聚合& 缩合聚合& 电化学聚合

17 图里上下分别是导电高分子的特性和应用的对照,重合的深色部分是利用了多

种特性的应用

18 举了两个例子,第一个是PLED(高分子发光二极管),第二个是人造肌肉,做成人造鱼,图中的人造鱼是有军事探索的功能

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