1. 概述
1.1 导电高分子的基本概念
物质按电学性能分类可分为绝缘体、半导体、导体和超导体四类。高分子材料通常属于绝缘体的范畴。但1977年美国科学家黑格（A.J.Heeger）、麦克迪尔米德和日本科学家
白川英树（H.Shirakawa）发现掺杂聚乙炔具有金属导电特性以来，有机高分子不能作为导电材料的概念被彻底改变。
导电性聚乙炔的出现不仅打破了高分子仅为绝缘体的传统观念，而且为低维固体电子学和分子电子学的建立打下基础，而具有重要的科学意义。上述三位科学家因此分享2000年诺贝尔化学奖。所谓导电高分子是由具有共轭π键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。它完全不同于由金属或碳粉末与高分子共混而制成的导电塑料。
通常导电高分子的结构特征是由有高分子链结构和与链非键合的一价阴离子或阳离子共同组成。即在导电高分子结构中，除了具有高分子链外，还含有由“掺杂”而引入的一价对阴离子（p型掺杂）或对阳离子（n型掺杂）。导电高分子不仅具有由于掺杂而带来的金属特性（高电导率）和半导体（p和n型）特性之外，还具有高分子结构的可分子设计性，可加工性和密度小等特点。为此，从广义的角度来看，导电高分子可归为功能高分子的范畴。
导电高分子具有特殊的结构和优异的物理化学性能使它在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件、电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术方面有着广泛、诱人的应用前景。导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。经过近三十年的研究，导电高分子无论在分子设计和材料合成、掺杂方法和掺杂机理、导电机理、加工性能、物理性能以及应用技术探索都已取得重要的研究进展，并且正在向实用化的方向迈进。本章主要介绍导电高分子的结构特征和基本的物理、化学特性，并评述导电高分子的重要的研究进展。
迄今为止，国内外对结构型导电高分子研究得较为深入的品种有聚乙炔、聚对苯硫醚、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及TCNQ传荷络合聚合物等。其中以掺杂型聚乙炔具有最高的导电性，其电导率可达5×103～104Ω-1·cm-1（金属铜的电导率为105Ω-1·cm-1）
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。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。
但总的来说，结构型导电高分子的实际应用尚不普遍，关键的技术问题在于大多数结构型导电高分子在空气中不稳定，导电性随时间明显衰减。此外，导电高分子的加工性往往不
够好，也限制了它们的应用。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。
1.3.2 复合型导电高分子
复合型导电高分子是在本身不具备导电性的高分子材料中掺混入大量导电物质，如炭黑、金属粉、箔等，通过分散复合、层积复合、表面复合等方法构成的复合材料，其中以分散复合最为常用。与结构型导电高分子不同，在复合型导电高分子中，高分子材料本身并不具备导电性，只充当了粘合剂的角色。导电性是通过混合在其中的导电性的物质如炭黑、金属粉末等获得的。由于它们制备方便，有较强的实用性，因此在结构型导电高分子尚有许多技术问题没有解决的今天，人们对它们有着极大的兴趣。复合型导电高分子用作导电橡胶、导电涂料、导电粘合剂、电磁波屏蔽材料和抗静电材料，在许多领域发挥着重要的作用。
1.3.3 超导体高分子
超导体是导体在一定条件下，处于无电阻状态的一种形式。超导现象早在1911年就被发现。由于超导态时没有电阻，电流流经导体时不发生热能损耗，因此在电力远距离输送、制造超导磁体等高精尖技术应用方面有重要的意义。目前，巳经发现的许多具有超导性的金属和合金，都只有在超低温度下或超高压力下才能转变为超导体。显然这种材料作为电力、电器工业材料来应用，在技术上、经济上都是不利的，因此，研制具有较高临界超导温度的超导体是人们关切的研究课题。超导金属中，超导临界温度最高的是铌(Nb), Tc＝9.2K。超导合金中则以铌铝锗合金(Nb/Al/Ge)具有最高的超导临界温度，Tc＝23.2K。在高分子材料中，已发现聚氮硫在0.2K时具有超导性。尽管它是无机高分子，Tc也比金属和合金低，但由于聚合物的分子结构的可变性十分广泛，因此，专家们预言，制造出超导临界温度较高的高分子超导体是大有希望的。研究的目标是超导临界温度达到液氮温度（77K）以上，甚至是常温超导材料。
2. 结构型导电高分子
根据导电载流子的不同，结构型导电高分子有两种导电形式：电子导电和离子传导。对不同的高分子，导电形式可能有所不同，但在许多情况下，高分子的导电是由这两种导电形式共同引起的。如测得尼龙－66在120℃以上的导电就是电子导电和离子导电的共同结果。一般认为，四类聚合物具有导电性：高分子电解质、共轭体系聚合物、电荷转移络合物和金属有机螯合物。其中除高分子电解质是以离子传导为主外，其余三类聚合物都是以电子传导为主的。这几类导电高分子目前都有不同程度的发展。聚乙炔是一种研究得最为深入的共轭聚合物。它是由乙炔在钛酸正丁酯—三乙基铝[Ti(OC4H9)—AlEt3]为催化剂、甲苯为溶液的
体系中催化聚合而成；当催化剂浓度较高时，可制得固体聚乙炔。而催化剂浓度较低时，可制得聚乙炔凝胶，这种凝胶可纺丝制成纤维。
聚乙炔为平面结构分子，有顺式和反式两种异构体。在150℃左右加热或用化学、电化学方法能将顺式聚乙炔转化成热力学上更稳定的反式聚乙炔。聚乙炔虽有较典型的共轭结构，但电导率并不高。反式聚乙炔的电导率为10-3Ω-1·cm-1，顺式聚乙炔的电导率仅10-7Ω-1·cm-1。但它们极易被掺杂。经掺杂的聚乙炔，电导率可大大提高。例如，顺式聚乙炔在碘蒸气中进行P型掺杂（部分氧化），可生成(CHIy)x (y＝0.2～0.3)，电导率可提高到102～104 Ω-1·cm-1，增加9～11个数量级。可见掺杂效果之显著。聚乙炔最常用的掺杂剂有五氟化砷(AsF5)、六氟化锑(SbF6)，碘(I2)、溴(Br2)，三氯化铁(FeCl3)，四氯化锡(SnCl4)、高氯酸银(AgClO4)等。掺杂量一般为0.01％～2％（掺杂剂/—CH＝）。研究表明，聚乙炔的导电性随掺杂剂量的增加而上升，最后达到定值。若将掺杂后的聚乙炔暴露在空气中，其电导率随时间的延长而明显下降。这是聚乙炔至今尚不能作为导电材料推广使用的主要原因之一。例如电导率为104Ω-1·cm-1的聚乙炔，在空气中存放一个月，电导率降至103Ω-1·cm-1。但若在聚乙炔表面涂上一层聚对二甲苯，则电导率的降低程度可大大减缓。聚乙炔是高度共轭的刚性聚合物，不溶不熔，加工十分困难，也是限制其应用的—个因素。可溶性导电聚乙炔的研究工作正在进行之中。PPS是一种具有较高热稳定性和优良耐化学腐蚀性以及良好机械性能的热塑性材料，既可模塑，又可溶于溶剂，加工性能良好。纯净的聚苯硫醚是
优良的绝缘体，电导率仅为10-15～10-16Ω-1·cm-1。但经AsF5掺杂后，电导率可高达2×102Ω-1·cm-1。由元素分析及红外光谱结果确认，掺杂时分子链上相邻的两个苯环上的邻位碳—碳原子间发生了交联反应，形成了共轭结构的聚苯并噻吩。PPS是一种具有较高热稳定性和优良耐化学腐蚀性以及良好机械性能的热塑性材料，既可模塑，又可溶于溶剂，加工性能良好。纯净的聚苯硫醚是优良的绝缘体，电导率仅为10-15～10-16Ω-1·cm-1。但经AsF5掺杂后，电导率可高达2×102Ω-1·cm-1。
由元素分析及红外光谱结果确认，掺杂时分子链上相邻的两个苯环上的邻位碳—碳原子间发生了交联反应，形成了共轭结构的聚苯并噻吩。热解聚丙烯腈是一种本身具有较高导电性的材料，不经掺杂的电导率就达10-1Ω-1·cm-1。它是由聚丙烯腈在400～600℃温度下热解环化、脱氢形成的梯型含氮芳香结构的产物。通常是先将聚丙烯腈加工成纤维或薄膜，再进行热解，因此其加工性可从聚丙烯腈获得。同时由于其具有较高的分子量，故导电性能较好。由聚丙烯腈热解制得的导电纤维，称为黑色奥纶（Black Orlon）。聚丙烯腈热解反应式为：
如果将上述产物进一步热裂解至氮完全消失，可得到电导率高达10Ω-1·cm-1的高抗张碳纤维。
将溴代基团引入聚丙烯腈，可制得易于热裂解环化的共聚丙烯腈。这种溴代基团在热裂解时起催化作用，加速聚丙烯腈的环化，提高热裂解产物的得率。聚乙烯醇、聚酰亚胺经热裂解后都可得到类似的导电高分子。石墨是一种导电性能良好的大共轭体系。受石墨结构的启发，美国贝尔实验室的卡普朗（M. L. Kaplan ）等人和日本的村上睦明等人分别用了3, 4, 9, 10—二萘嵌苯四酸二酐（PTCDA ）进行高温聚合，制得了有类似石墨结构的聚萘，具有优良的导电性。
聚萘的导电性与反应温度有关。温度越高，石墨化程度也越高，导电性就越大，见表5—5。 聚萘的贮存稳定性良好，在室温下存放4个月，其电导率不变。聚萘的电导率对环境温度的依赖性很小，显示了金属导电性的特征。
人们预计，随着研究的深入，聚萘有可能用作导电羰纤维、导磁屏蔽材料、高能电池的电极材料和复合型导电高分子的填充料。
3 复合型导电高分子
3.1 复合型导电高分子的基本概念
复合型导电高分子是以普通的绝缘聚合物为主要基质（成型物质），并在其中掺入较大量的导电填料配制而成的。因此，无论在外观形式和制备方法方面，还是在导电机理方面，都与掺杂型结构导电高分子完全不同。从原则上讲，任何高分子材料都可用作复合型 导电高分子的基质。在实际应用中，需根据使用要求、制备工艺、材料性质和来源、价格等因素综合考虑，选择合适的高分子材料。
目前用作复合型导电高分子基料的主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS 、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺、有机硅树脂等。此外，丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶和天然橡胶也常用作导电橡胶的基质。导电高分子中高分子基料的作用是将导电颗粒牢固地粘结在一起，使导电高分子具有稳定的导电性，同时它还赋于材料加工性。高分子材料的性能对导电高分中的机械强度、耐热性、耐老化性都有 CH
CH 2CH CH 2CH CH 2
C N C N C N 高温焦化CH CH 2CH CH 2CH C N C N
C C
CH C CH C C N
C N C
脱氢
十分重要的影响。
导电填料在复合型导电高分子中起提供载流子的作用，因此，它的形态、性质和用量直接决定材料的导电性。常用的导电填料有金粉、银粉、铜粉、镍粉、钯粉、钼粉、铝粉、钴粉、镀银二氧化硅粉、镀银玻璃微珠、炭黑、石墨、碳化钨、碳化镍等。银粉具有最好的导电性，故应用最广泛。炭黑虽导电率不高，但其价格便宜，来源丰富，因此也广为采用。根据使用要求和目的不同，导电填料还可制成箔片状、纤维状和多孔状等多种形式。
高分子材料一般为有机材料，而导电填料则通常为无机材料或金属。两者性质相差较大，复合时不容易紧密结合和均匀分散，影响材料的导电性，故通常还需对填料颗粒进行表面处理。如采用表面活性剂、偶联剂、氧化还原剂对填料颗粒进行处理后，分散性可大大增加。
复合型导电高分子的制备工艺简单，成型加工方便，且具有较好的导电性能。例如在聚乙烯中加入粒径为10～300μm的导电炭黑，可使聚合物变为半导体(σ＝10-6～10-12Ω-1·cm-1)，而将银粉、铜粉等加入环氧树脂中，其电导率可达10-1～10Ω-1·cm-1，接近金属的导电水平。因此，在目前结构型导电高分中研究尚未达到实际应用水平时，复合型导电高
分子不失为一类较为经济实用的材料。复合型导电高分子目前已得到广泛的应用。如酚醛树脂—炭黑导电塑料，在电子工业中用作有机实芯电位器的导电轨和碳刷；环氧树脂—银粉导电粘合剂，可用于集成电路、电子元件，PTC陶瓷发热元件等电子元件的粘结；用涤纶树脂与炭黑混合后纺丝得到的导电纤维，可用作工业防静电滤布和防电磁波服装。此外，导电涂料、导电橡胶等各类复合型导电高分子材料，都在各行各业发挥其重要作用。
3.2 复合型导电高分子的导电机理
3.2.1 导电填料对导电性能的影响
实验发现，将各种金属粉末或碳黑颗粒混入绝缘性的高分子材料中后，材料的导电性随导电填料浓度的变化规律大致相同。在导电填料浓度较低时，材料的电导率随浓度增加很少，而当导电填料浓度达到某一值时，电导率急剧上升，变化值可达10个数量级以上。超过这一临界值以后，电导率随浓度的变化又趋缓慢，见图5—16。用电子显微镜技术观察导电材料的结构发现，当导电填料浓度较低时，填料颗粒分散在聚合物中，互相接触很少，故导电性很低。随着填料浓度增加，填料颗粒相互接触机会增多，电导率逐步上升。当填料浓度达到某一临界值时，体系内的填料颗粒相互接触形成无限网链。这个网链就像金属网贯穿于聚合物中，形成导电通道，故电导率急剧上升，从而使聚合物变成了导体。显然，此时若再增加导电填料的浓度，对聚合物的导电性并不会再有更多的贡献了，故电导率变化趋于平缓。在此，电导率发生突变的导电填料浓度称为“渗滤阈值”。3.2.2 复合型导电高分子中导电填料用量的估算
对一个聚合物来说，需耍加入多少导电填料才能形成无限网链，换句话说，渗滤阈值如何估算，这一问题具有十分重要的现实意义。哥尔兰特（Gurland）在大量研究的基础上，提出了平均接触数的概念。所谓平均接触数，是指一个导电颗粒与其他导电颗粒接触的数目。当导电颗粒间不相互接触时，颗粒间存在聚合物隔离层，使导电颗粒中自由电子的定向运动受到阻碍，这种阻碍可看作一种具有一定势能的势垒。
根据量子力学的概念可知，对于一种微观粒子来说，即使其能量小于势垒的能量时，它除了有被反弹的可能性外，也有穿过势垒的可能性。微观粒子穿过势垒的现象称为贯穿效应，也称隧道效应。电子是一种微观粒子，因此，它具有穿过导电颗粒之间隔离层阻碍的可能性。
这种可能性的大小与隔离层的厚度α及隔离层势垒的能量μ0与电子能量E的差值（μ0－E）有关。α值和（μ0－E）值愈小，电子穿过隔离层的可能性就愈大。当隔离层的厚度小到一定值时，电子就能容易地穿过，使导电颗粒间的绝缘隔离层变为导电层。这种由隧道效应而产生的导电层可用一个电阻和一个电容并联来等效。
根据上述分析，不难理解，导电高分子内部的结构有三种情况：
（1）一部分导电颗粒完全连续的相互接触形成电流通路，相当于电流流过一只阻。
（2）一部分导电颗粒不完全连续接触，其中不相互接触的导电颗粒之间由于隧道效应而形成电通流路，相当于一个电阻与一个电容并联后再与电阻串联的情况。
3.3 含炭黑聚合物的导电性
炭黑是一种在聚合物工业中大量应用的填料。它用于聚合物中通常起四种作用：着色、补强、吸收紫外光和导电。用于着色和吸收紫外光时，炭黑浓度仅需2％，用于补强时，约需20％，用于消除静电时，需5％～10％，而用于制备高导电材料时，用量可高达50％以上。
含炭黑聚合物的导电性，主要取决于炭黑的结构、形态和浓度。
3.3.1 炭黑的种类、结构与性能
炭黑是由烃类化合物经热分解而成的。以脂肪烃为主要成分的天然气和以脂肪烃与芳香烃混合物为主要成分的重油均可作为制备炭黑的原料。
在热分解过程中，烃类化合物先形成碳的六元环，并进一步脱氢缩合形成多环式六角形网状结构层面。这种层面3～5个重叠则成为晶子，大量晶子无规则的堆砌，就形成了炭黑的球形颗粒。在制备过程中，炭黑的初级球形颗粒彼此凝聚，形成大小不等的二级链状聚集体，称为炭黑的结构。链状聚集体越多，称为结构越高。炭黑的结构因其制备方法和所用原料的不同而异。炭黑的结构高低可用吸油值大小来衡量，吸油值定义为100克炭黑可吸收的亚麻子油的量。在粒径相同的情况下，吸油值越大，表示结构越高。炭黑以元素碳为主要成分，并结合少量的氢和氧，吸附少量的水分。此外还含有少量硫、焦油、灰分等杂质。炭黑中氢的含量一般为0.3％～0.7％，是由芳香族多环化合物缩合不完全剩余下的。其中一部分以烯烃或烷烃的形式结合在晶子层面末端的碳原子上，另一部分则与氧结合形成官能团存在于颗粒表面上。通常，结合在晶子层面末端碳原子上的氢愈少，炭黑的结构愈高。氢的含量愈低，炭黑的导电性愈好。炭黑中的氧是炭黑粒子与空气接触而自动氧化结合的。其中大部分以CO2的形式吸附在颗粒表面上，少部分则以羟基、羧基、羰基、醌基和内酯基的形式结合在炭黑颗粒表面。一定数量含氧基团的存在，有利于炭黑在聚合物中的分散，因此对聚合物的导电性有利。炭黑的含氧量随制备方法不同而异，一般为1％～4%。炭黑颗粒表面一般吸附有1%～3％的水分，其含量大小与炭黑的表面性质有关。炭黑的比表面积愈大，氧的含量愈高，则水分吸附量愈大。水分的存在虽有利于导电性能提高，但通常使电导率不稳定，故应严格控制。炭黑的生产有许多种方法，因此品种繁多，性能各异。若按生产方法分类，基本上可分为两大类：一类是接触法炭黑，包括天然气槽法炭黑、滚筒法炭黑、圆盘法炭黑、槽法混气炭黑、无槽混气炭黑等；另一类是炉法炭黑，包括气炉法炭黑、油炉法炭黑、油气炉法炭黑、热裂法炭黑、乙炔炭黑等。
3.3.2 影响含炭黑聚合物导电性的因素
（1）导电性对电场强度的依赖性
含炭黑聚合物的导电性对外电场强度有强烈依赖性。如对填充炭黑的聚乙烯的研究表明，在低电场强度下（E＜104V/cm），电导率符合欧姆定律，而在高电场强度下（E＞104V/cm），电导率符合幂定律。研究发现，材料导电性对电场强度的这种依赖性规律，是由它们在不同外电场作用下不同的导电机理所决定的。在低电场强度下，含炭黑聚合物的导电主要是由炭黑颗粒与聚合物之间的界面极化引起的离子导电。这种极化导电的载流子数目
较少，故电导率较低。而在高电场强度下，炭黑中的载流子（自由电子）获得足够的能量，能够穿过炭黑颗粒间的聚合物隔离层而使材料导电，隧道效应起了主要作用。因此，含炭黑高聚物在高电场强度下的导电本质上是电子导电，电导率较高。（2）导电性对温度的依赖性含炭黑聚合物的导电性与温度的关系，当它们处于不同电场强度时，表现出不同的规律。含炭黑20％、厚100μm的聚乙烯薄膜在低电场强度时的电导率与温度之间的关系。而图5—20则为含炭黑25％的聚丙烯在高电场强度时的电导率—温度关系。研究认为，上述现象都是由于炭黑无限网链重建的动力学问题所引起的。在高剪切速率作用下，炭黑无限网链在剪切方向受到外力拉伸，当作用力大于一定值后，无限网链破坏。而聚合物的高粘度使得这种破坏不能很快恢复，因此导电性下降。经粉碎再生后，无限网链重新建立，电导率得以恢复。加工方法和加工条件对含炭黑聚合物导电性的这种影响规律，对复合型导电高分子的应用有十分重要的意义。
4 超导电高分子
4.1 超导态和超导理论的基本概念
4.1.1 超导态及其特征
1908年荷兰物理学家翁内斯经过长期努力，使最后一种“永久气体”氦气（He）液化。1911年翁内斯在研究金属汞（Hg）的电阻随温度变化规律时发现，当温度降低时，汞的电阻先是平稳地减小，而在4.2K附近，电阻突然降为零。超导体材料当处于Tc以上温度时，与正常导体一样，都有一定的电阻值，此时超体处于正常态。而在Tc以下时，超导体处于零电阻状态。但从图中可以看到，超导体从正常态向超导态的过渡是在一个温度区间内完成的，这个温度区间称为超导转变温度，与超导体的性质有关。因此，通常将超导体电阻下降到正常态电阻值一半时所处温度定为Tc。从现象上看，超导态有以下四个特征;
（1）电阻值为零
（2）超导体内部磁场为零
（3）超导现象只有在临界温度以下才会出现
（4）超导现象存在临界磁场，磁场强度超越临界值，则超导现象消失超导现象和超导体的发现，引起了科学界的极大兴趣。显然，超导现象对于电力工业的经济意义是不可估量的。这意味着大量消耗在电阻上的电能将被节约下来。事实上，超导现象的实用价值远不止电力工业。由于超导体的应用，高能物理、计算机通讯、核科学等领域都将发生巨大的变化。但是，直到目前为止，已知的具有超导性质的材料，其临界温度都相当低。例如金属汞的临界温度Tc为4.2K，铌锡合金的Tc为18.1K，铌铝锗合金的Tc为23.2K。1975年发明的第一个无机高分子超导体聚氮硫的Tc仅为0.26 K。显然，在这样低的温度下，超导体的利用是得不偿失的。因此，如何提高材料的超导临界温度，成为科学家们十分关注的课题之一。
4.1.2 超导理论
1957年，巴顿(Bardeen)、库柏(Cooper)和施里费尔(Schrieffer)提出了著名的BCS超导理论。
根据麦克斯威（Maxwell）等人对同位素含量不同的超导体的研究，发现它们的Tc与金属的平均原子量M的平方根成反比。即质子质量影响超导态。这表明，超导现象与晶格振动（声子phonon）有关。因此，BCS理论认为，物质超导态的本质是被声子所诱发的电子间的相互作用，也就是以声子为谋介而产生的引力克服库仑排斥力而形成电子对。
先以金属中的两个自由电子的运动为例。超导理论认为，金属中的阳离子以平衡位置为中心进行晶格振动。当一个自由电子在晶格中运动时，阳离子与自由电子之间的库仑力作用使阳离子向电子方向收缩。由于晶格离子运动比电子的运动速度慢得多，故当自由电子通过某个晶格后，离子还处于收缩状态。因此，这一离子收缩地带局部呈正电性，于是就有第二
个自由电子被吸引入。
这样，由于晶格运动和电子运动的相位差，使两个电子间产生间接引力，形成电子对。这种电子对由库柏（L. M. Cooper）所发现，因此称为库柏对。库柏对的两个电子间的距离为数千纳米，而在金属中，实际电子数是很多的，电子间的平均距离为0.1nm左右，因此库柏对是相互纠缠在一起的。为了使很多库柏对共存，所有的电子对都应有相同的运动量。更准确地说，每个库柏对中的两个电子应具有方向相反、数量相等的运动量。因此，库柏对在能量上比单个电子运动稳定得多，在一定条件下能许多库柏对共存。由于库柏对的引力并不很大，因此，当温度较高时，库柏对被热运动所打乱而不能成对。同时，离子在晶格上强烈地不规则振动，使形成库柏对的作用大大减弱。
而当温度足够低时，库柏对在能量上比单个电子运动要稳定，因此，体系中仅有库柏对的运动，库柏对电子与周围其他电子实际上没有能量的交换，因此也就没有电阻，即达到了超导。当电子在金属晶格中运动时，如果离子的质量越轻，则形成的库柏对就越多，越稳定。根据质量平衡关系，离子的最大迁移率与离子质量的平方成反比。因此可以认为，库柏对电子的结合能与离子的质量有关。离子的质量越小，库柏对电子的结合能就越大，相应的超导临界温度就越高。由此设想，如果库柏对的结合能不是由金属离子所控制，而是由聚合物中的电子所控制的话，由于电子的质量是离子的千百万分之一，因此，超导临界温度可大大提高。
通过超导机理的研究人们认为，要制备超导临界温度在液氮温度（77K）以上、甚至是常温超导的材料，通过高分子材料来实现的可能性比通过金属材料要大得多。
5.2 超导高分子的Little模型
由于BCS理论并没有限制库柏对只能通过声子为中介而形成，因此，利特尔（W. A. Little）在研究了金属的超导机理后，分析了线型聚合物的化学结构，提出了设想的超导聚合物模型他认为，超导聚合物的主链应为高导电性的共轭双键结构，在主链上有规则地连接一些极易极化的短侧基。由于共轭主链上的π电子并不固定在某一个碳原于上，它可以从一个C－C键迁移到另一个C－C键上。从这一意义上讲，聚合物共轭主链上的π电子，类似于金属中的自由电子。当聚合物主链中π电子流经侧基时，形成内电场使侧基极化，则侧基靠近主链的一端呈正电性。由于电子运动速度很快，而侧基极化的速度远远落后于电子运动，于是在聚合物主链两侧形成稳定的正电场，继续吸引第二个电子。因此在主链上形成库柏对。
利特尔认为，共轭主链与易极化的侧基之间要用绝缘部分隔开，以避免主链中的π电子与侧基中的电子重叠，使库仑力减少而影响库柏对的形成。作为例子，利特尔提出了一个超导聚合物的具体结构。这种聚合物的主链为长的共轭双链体系，侧基为电子能在两个氮原子间移动而“摇晃”的菁类色素基团。侧基上由于电子的“摇晃”而引起的正电性，能与主链上的π电子发生库仑力作用而导致库柏对的形成，从而使聚合物成为超导体。对上述建立在电子激发基础上的Little模型提出了不少异议。例如，在理想的一维体系中，即使电子间有充分的引力相互作用，但由于存在一维涨落现象，在有限温度下不可能产生电子的长程有序，因而不可能产生超导态；晶格畸变使费密面上出现能隙而成为绝缘体；对主链上电子之间的屏蔽作用估计过小；所提出的聚合物应用的分子结构合成极为困难等等。现实的问题是，尽管化学家采取了多种办法企图按Little模型合成高温超导聚合物，但至今为止尚未检测出超导性。
近年来，不少科学家提出了许多其他超导聚合物的模型，各有所长，但也有不少缺陷。因此，在超导聚合物的研究中，还有许多艰巨的工作要作。
导电高分子材料的应用、研究状况及发展趋势 熊伟 武汉纺织大学化工学院 摘要:与传统导电材料相比较 , 导电高分子材料具有许多独特的性能。导电高聚物可用作雷达吸波材料、电磁屏蔽材料、抗静电材料等。介绍了导电高分子材料的结构、种类及导电机理、合成方法、导电高分子材料的应用、研究现状及发展趋势。 关键字:导电高分子分类制备现状 Abstract : Compared with conventional conductive materials, conductive polymer material has many unique properties. Conducting polymers can be us ed as radar absorbing materials, electromagnetic shielding materials, antistatic materials. Describes the structure of conductive polymer materials, types and conducting mechanism, synthesis methods, the application of conductive poly mer materials, research status and development trend. Keywords : conductive polymer categories preparation status 1 导电高分子的结构、种类 按照材料结构和制备方法的不同可将导电高分子材料分为两大类 :一类是结构型 (或本征型导电高分子材料,另一类是复合型导电高分子材料 [3]。 结构型导电高分子材料是指高分子本身或少量掺杂后具有导电性质的高分子材料。 根据加入基体聚合物中导电成分的不同 , 复合型导电高分子材料可分为两类 :填充复合型导电高分子材料和共混复合型导电高分子材料 [5]。
1. 概述 1.1 导电高分子的基本概念 物质按电学性能分类可分为绝缘体、半导体、导体和超导体四类。高分子材料通常属于绝缘体的范畴。但1977年美国科学家黑格（A.J.Heeger）、麦克迪尔米德和日本科学家 白川英树（H.Shirakawa）发现掺杂聚乙炔具有金属导电特性以来，有机高分子不能作为导电材料的概念被彻底改变。 导电性聚乙炔的出现不仅打破了高分子仅为绝缘体的传统观念，而且为低维固体电子学和分子电子学的建立打下基础，而具有重要的科学意义。上述三位科学家因此分享2000年诺贝尔化学奖。所谓导电高分子是由具有共轭π键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。它完全不同于由金属或碳粉末与高分子共混而制成的导电塑料。 通常导电高分子的结构特征是由有高分子链结构和与链非键合的一价阴离子或阳离子共同组成。即在导电高分子结构中，除了具有高分子链外，还含有由“掺杂”而引入的一价对阴离子（p型掺杂）或对阳离子（n型掺杂）。导电高分子不仅具有由于掺杂而带来的金属特性（高电导率）和半导体（p和n型）特性之外，还具有高分子结构的可分子设计性，可加工性和密度小等特点。为此，从广义的角度来看，导电高分子可归为功能高分子的范畴。 导电高分子具有特殊的结构和优异的物理化学性能使它在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件、电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术方面有着广泛、诱人的应用前景。导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。经过近三十年的研究，导电高分子无论在分子设计和材料合成、掺杂方法和掺杂机理、导电机理、加工性能、物理性能以及应用技术探索都已取得重要的研究进展，并且正在向实用化的方向迈进。本章主要介绍导电高分子的结构特征和基本的物理、化学特性，并评述导电高分子的重要的研究进展。 迄今为止，国内外对结构型导电高分子研究得较为深入的品种有聚乙炔、聚对苯硫醚、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及TCNQ传荷络合聚合物等。其中以掺杂型聚乙炔具有最高的导电性，其电导率可达5×103～104Ω-1·cm-1（金属铜的电导率为105Ω-1·cm-1） 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。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。 但总的来说，结构型导电高分子的实际应用尚不普遍，关键的技术问题在于大多数结构型导电高分子在空气中不稳定，导电性随时间明显衰减。此外，导电高分子的加工性往往不
导电高分子材料的介绍及研究进展 高分子091 5701109015 李涛 摘要：导电聚合物的突出优点是既具有金属和无机半导体的电学和光学特性，又具有有机聚合物柔韧的机械性能和可加工性，还具有电化学氧化还原活性。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。 关键词：导电高分子机理理论研究进展 一、背景及意义 高分子导电材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜以及电导率可在十多个数量级的范围内进行调节等特点，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。高分子材料长期以来被作为优良的电绝缘体，直至1977年，日本白川英树等人才发现用五氟化砷或碘掺杂的聚乙炔薄膜具有金属导电的性质，电导率达到10S/m。这是第一个导电的高分子材料。以后，相继开发出了聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺、聚噻吩等能导电的高分子材料。 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。 二、导电高分子材料分类及导电机理
高分子导电材料通常分为复合型和结构型两大类： ①复合型高分子导电材料。由通用的高分子材料与各种导电性物质通过填充复合、表面复合或层积复合等方式而制得。主要品种有导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导电薄膜等。其性能与导电填料的种类、用量、粒度和状态以及它们在高分子材料中的分散状态有很大的关系。常用的导电填料有炭黑、金属粉、金属箔片、金属纤维、碳纤维等。 复合型导电高分子材料(Conducting Polymer Composites)是指经物理改性后具有导电性的高分子复合材料，它以非导电型高分子材料为基体，加入一定数量的导电材料(如碳黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等)组合而成。复合方法主要有两种，一种是对已经成型的塑料壳体进行表面处理的表面导电膜形成法，包括金属喷镀、真空镀、溅射镀、贴金属箔、湿法化学镀或电镀等；另一种称为导电填料机械加工共混复合法，即将导电填料均匀分散于聚合物基体中制成导电涂料或导电塑料。 复合型导电高分子材料的导电机理比较复杂。一般可分为导电回路如何形成，以及回路形成后如何导电两个方面。部分科学家认为高分子树脂基体与导电填料之间的界面效应对复合体系中导电回路的形成具有很大的影响。复合型导电高分子形成导电回路后，导电性主要取决于分布于高分子树脂基体中的导电填料的电子传输。总的说来，其导电性能主要是三种导电机理(导电通道效应、隧道效应、场致效应)相互竞争的作用。在不同情况下出现以其中一种机理为主导
浅谈导电高分子材料的应用 摘要：与传统材料相比，导电高分子材料有着易加工、密度小、结构易变、耐 腐蚀、可大面积成膜的优势，本文主要针对导电高分子材料的类型与应用展开分析。 关键词：导电高分子材料；类型；应用 0 引言 导电高分子材料是一种具有导电功能的聚合物材料，它具有密度小、可加工性好的特性，并且具有良好的耐腐蚀性，可以大面积成膜。这些良好的特性，使导电高分子材料可以在某 些领域替代多种金属材料和无机导电材料，有效降低成本。经过几十年的发展，高分子材料 作为优良的电绝缘体，已经成为许多先进工业部门和尖端技术领域里一种重要的材料。 1 导电高分子材料的分类 按照材料的结构，导电高分子材料可以分为复合型导电高分子材料和结构性导电高分子 材料两种类型。 1.1 复合型导电高分子材料 复合型导电高分子材料是利用不同的加工手段，将各种不同的导电材料填充到聚合物基 体当中，制作成一种新型的导电材料。最常采用的方法就是把各种高效导电粒子或者导电纤 维等作为填充物，如金属粉末、各种金属纤维直径在7毫米左右的材料等。从技术上来说， 复合型导电高分子材料的加工工艺更为成熟，产品使用更为普及。 1.2 结构型导电高分子材料 结构性导电高分子材料，采用具有一定的导电性材料，通过对自身进行一定比例的掺杂，提高导电性能的聚合物。按照导电状态下的载流子种类可以将结构型高分子材料分为离子型 和电子型两种类型。离子型导电高分子的导电载流子是离子，有的学者也称它为高分子固体 电解质；电子型高分子的载流子为电子，它以共轭高分子为主体。离子型导电高分子材料是 目前世界上的重点开发内容。 2 导电高分子材料的应用 导电高分子材料在很多应用领域比金属材料有着更为优越的性能，如它的可塑性好、耐 腐蚀性、电导率较高、可逆氧化还原性等。主要应用在导电衬料、光电显示材料、信息记忆 材料等多个方面。 2.1 在电子元器件开发中的应用 （1）导电高分子材料在防静电和电磁屏蔽上的应用 导电高分子材料最早是应用在防静电和电磁屏蔽方面。具体操作是将SDBS和TSOH混合，掺杂PANI和ABS，制备出杂多酸掺杂PANI/ABS复合材料。经过试验证明复合材料的屏蔽性 能跟PANI的含量有着直接的关系，PANI的含量越高，复合材料的屏蔽性能越好。 （2）导电高分子材料在芯片开发中有着重要作用 由于导电高分子材料可塑性好，质量轻、体积小，广泛地应用到了带有微芯片的卡片以 及条码读取设备中。这一技术的发明，为计算机制造技术带来了重大变革，有效减小了计算 机的体积，并且在很大程度上提高了计算机的运行速度。 （3）导电高分子材料在显示材料中的应用 在半导体有机膜两端安装电极以后就制成了有机发光二极管。在它的两端加上少量电压，是电子在其上面进行移动，当两个相对运用的政府电荷载体相遇以后，就形成了“电子—空穴对”，此时能量就以发光的形式释放出来。发光二极管发出的光强度高、色彩绚丽，广泛用到了手机、手掌电脑等电子产品的显示屏上。另外还可以自动调光玻璃等产品，受到了电子产 业的广泛关注。 2.2 导电高分子材料在塑料薄膜太阳能电池开发中的应用 面对资源快速消耗的问题，能源科研人员一直在寻找一种能够替代矿物燃料的能源。然 而传统的硅太阳能加工成本昂贵，在生产过程中也消耗的大量的能源，不是理想的新能源材料。而塑料薄膜电池生产成本低廉、加工过程简单节能，加工工艺一旦成熟，就能够进行大 批量生产，将会是以后一种非常好的新能源。
导电高分子材料的简介、应用和发展前景 摘要：与传统导电材料相比较,导电高分子材料具有许多独特的性能。导电高聚物可用作雷达吸波材料、电磁屏蔽材料、抗静电材料等。介绍了导电高分子材料的结构、种类及导电机理、合成方法、导电高分子材料的应用、研究现状及发展趋势。 关键词:导电高分子制备方法导电机理性能应用发展趋势 1.简介 高分子材料在很长一段时期都被用作电绝缘材料.随着不同应用领域的需要以及为进一步拓宽高分子材料的应用范围，一些高分子材料被赋予某种程度的导电性以致成为导电高分子材料。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 Diarmid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）；1977年，日本白川英树等人才发现用五氟化砷或碘掺杂的聚乙炔薄膜具有金属导电的性质，电导率达到10S/m。这是第一个导电的高分子材料。人们对共轭聚合物的结构和认识不断深入。以后，相继开发出了聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺、聚噻吩等能导电的高分子材料。这个新领域的出现不仅打破了高分子仅为绝缘体的传统观念,而且它的发现和发展为低维固体电子学,乃至分子电子学的建立和完善作出重要的贡献,进而为分子电子学的建立打下基础,而具有重要的科学意义。 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。 1.1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。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。 1.2 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：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或受体进行掺杂后制得。 1.3 导电机理
導電性高分子誕生的故事 取材自：江文彥教授（大同大學化學工程學系） [導電性高分子的出現與科學上的偶然] （科學發展：2002年11月，359期，68～71頁） 閱讀以下文章，並回答文末的問題…. 一種能導電的塑膠 塑膠基本上是聚合物，就好像珍珠項鍊一般具有長鏈而且以固定的單元不斷重複的結構，當它要變得能導電時就必須能模擬金屬的行為，亦即電子必須能不受原子的束縛而能自由移動，要達到此目的的第一個條件就是這個聚合物應該具有交錯的單鍵與雙鍵，亦稱為「共軛」的雙鍵，透過乙炔所聚合而得的聚乙炔(下圖)即具有這樣的結構。具有這樣構造的聚合物如何特別呢？ 意外發現的聚乙炔皮膜 一切要從聚乙炔皮膜開始談起。這是一個偶然開展的故事…… 一九六六年，白川英樹還是池田研究室的助理，正研究乙炔生成聚乙炔的機制。一九六七年九月，一位已在池田研究室很久的韓籍研究生邊衡直，希望嘗試乙炔聚合的研究，白川英樹指導他以常用的配方，觸媒為三乙基鋁／四丁氧鈦。而四丁氧鈦濃度是每公升0.25毫莫耳，進行聚合。由於研究生已非新人，且這個聚合並不難，白川英樹也就沒有跟隨在旁，不久研究生邊衡直發現，乙炔壓力不下降，反應都不進行，好像失敗了。原來為了使單體乙炔能溶入溶液，都會施加攪拌，可是所得的聚乙炔卻不溶於溶劑，所以攪拌必然生成粉末。當白川英樹前往觀看實驗時，果然反應瓶中沒有粉末，攪拌器也呈停止狀態，但在溶液表面，似乎有一層銀色薄膜狀物，經分析的結果，確定就是聚乙炔。 十一月十六日，白川英樹想要再現聚乙炔皮膜的合成，經檢查上次實驗之配方，才發現觸媒濃度居然加的是每升0.25莫耳，這是正常配方濃度的一千倍。事後
推斷，可能是研究生將毫莫耳聽成莫耳之故吧。這一個偶然的錯誤，又加上攪拌器又湊巧停止，才使聚乙炔皮膜因觸媒濃度提高而生成，又因無攪拌而沒被攪成粉末。真是一個「無意的」、「偶然的」、「很幸運的」發現。 導電性高分子的誕生 麥克戴阿密德教授出生於紐西蘭，在紐西蘭大學、美國威斯康辛大學、及英國劍橋大學接受高等教育後，一九五五年起擔任美國賓州大學化學系教授。一九七三年開始研究無機硫氮高分子。一九七五年開始對有機導電性高分子發生興趣，就在該年前往日本訪問時，經介紹與已經製得皮膜狀聚乙炔，時任東京工業大學資源化學研究所助理的白川英樹博士見面，目賭如同鋁箔狀的聚乙炔皮膜後，乃邀請白川英樹前往賓州大學，並與在半導體與導電性高分子材料之基礎物性方面有相當成就的希格教授共同研究。 三人於一九七六年十一月廿三日發現聚乙炔膜可以用溴和碘加以化學摻雜改質，因摻雜1％的碘，使聚乙炔膜導電度，較之未摻雜改質的聚乙炔膜導電度提升十億倍。並在一九七六年，以〈有機導電性高分子的合成－含鹵素的聚乙炔衍生物〉為題，發表在英國化學會化學通訊（J. Chem. Soc., Chem. Commun., 578, 1977）。這個現象的發現，開啟了導電性高分子的時代，也使化學和物理學兩領域產生了重大的進展。因為這個發現二○○○年諾貝爾化學獎，由日本筑波大學物質工學系白川英樹（Hideki Shirakawa）名譽教授、美國賓州大學化學系麥克戴阿密德（Alan G. MacDiarmid）教授，和加州大學聖塔巴巴拉校區物理系及高分子暨有機固體學院希格（Alan J. Heeger）院長等三人共同獲得。獲獎的理由是「導電性高分子的發現與開發」。 二○○○年諾貝爾化學獎得主，白川英樹教授（Hideki Shirakawa，圖中）、麥克戴阿密德教授（Alan G. MacDiarmid，圖左）、希格院長（Alan J. Heeger，圖右）。
导电高分子的应用 学校名称：华南农业大学 院系名称：材料与能源学院 时间：2017年2月27日
由于导电高分子具有特殊的结构和优异的物化性能, 使其在电子工业、信息工程、国防工程及其新技术的开发和发展方面都具有重大的意义。其中因聚苯胺具有原料易得、合成工艺简单、化学及环境稳定性好等特点而得到了更加广泛的研究和开发, 并在许多领域显示出了广阔的应用前景。 1在电子元器件开发中的应用 1.1用于防静电和电磁屏蔽方面 导电高聚物最先应用是从防静电开始 的。将特定比例的十二烷基苯磺酸和对甲苯磺酸混合酸掺杂的PANI与聚（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）树脂（ABS）共混挤出，制备了杂多酸掺杂PANI/ABS复合材料，通过现场聚合的方法在透明聚酯表面聚合了一层导电PANI，表面电阻可控制在 106-109Ω。通过对复合材料EMI屏蔽的研究，发现在101 GHz下，复合材料的屏蔽效能随其中PANI含量的增大而增大。 1.2 导电高分子材料在芯片开发上的运用 在各种带有微芯片的卡片以及条码读取设备 上，高分子聚合物逐渐取代硅材料。塑料芯片的 价格仅为硅芯片的1%-10%，并且由于其具有可溶 性的特性而更易于加工处理。目前国际上已经研 制出集成了几百个电子元器件的塑料芯片，采用 这种导电塑料制造的新款芯片可以大大缩小计算 机的体积，提高计算机的运算速度。 1.3 显示材料中的导电高分子材料 有机发光二极管是由一层或多层半导体有机膜，加上两头电极封装而成。在发光二极管的两端加上3伏-5伏电压，负极上的电子向有机膜移动，相反，
与有机膜相连的正极上的电子向负极移动，这样产生了相反运动方向的正负电荷载体，两对电荷载体相遇，形成了“电子-空穴对”，并以发光的形式将能量释放。由于它发光强度高、色彩亮丽，光线角几乎达到180度，可用于制造新一代的薄壁显示器，应用在手机、掌上电脑等低压电器上，也应用于金融信息显示上，使图像生动形象，并可图文通显。利用电致变色机理，还可用于制造电致变色显示器、自动调光窗玻璃等。 2在塑料薄膜太阳能电池开发中的应用 传统的硅太阳能电池不仅价格昂 贵，而且生产过程中消耗大量能源， 因此成本昂贵，无法成为替代矿物燃 料的能源，而塑料薄膜电池最大的特 点就是生产成本低、耗能少。一旦技 术成熟，可以在流水线上批量生产， 使用范围也很广。制造塑料薄膜太阳 能电池需要具有半导体性能的塑料。奥地利科学家用聚苯乙烯和碳掺杂形成富勒式结构的材料，再将它们加工成极薄的膜，然后在膜层上下两面蒸发涂上铟锡氧化物或铝作为电极。由于聚苯乙烯受到光照时会释放出电子，而富勒式结构则会吸收电子，如果将灯泡接在这两个电极上，电子开始流动就会使灯泡发光。 3在生物材料开发中的应用 在生命科学领域，导电高分子材料可制成智能材料，用于医疗和机器人制造方面。由于导电有机聚合物在微电流刺激下可以收缩或扩张，因而具备将电能转化为机械能的潜力，这类导电聚合物组成的装置在较小电流刺激下同样表现出明显的弯曲或伸张/收缩能力。为了把聚合物变成伸屈的手指活动，加上了含PPY 的三层复合膜[PPY/缘塑料膜/PPY]，其中一层PPY供给正电荷，另一层PPY供给负电荷。机器人手指工作：提供正电荷的一侧凹陷进去，即体积收缩；提供负电
湖北汽车工业学院 本科生课程论文 《新材料导论》 论文题目关于导电高分子材料的研究进展学生专业班级 学生姓名（学号） 指导教师（职称） 完成时间
关于导电高分子材料的研究进展 摘要：与传统导电材料相比较,导电高分子材料具有许多独特的性能。导电高聚物可用作雷达吸波材料、电磁屏蔽材料、抗静电材料等。介绍了导电高分子材料的概念、分类、导电机理及其应用领域,综述了近些年来国内外科研工作者对导电高聚物的研究进展状况并对其发展前景进行了展望。 关键词：导电高分子；功能材料；导电机理；应用；述评。 自从1976年美国宾夕法尼亚大学的化学家MacDiarmid领导的研究小组首次发现掺杂后的聚乙炔(Polyacetylene,简称PA)具有类似金属的导电性以后,人们对共轭聚合物的结构和认识不断深入和提高,新型交叉学科)))导电高分子领域诞生了。在随后的研究中科研工作者又逐步发现了聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚噻吩、聚对苯撑乙烯撑、聚苯胺等导电高分子。导电高分子特殊的结构和优异的物理化学性能使它成为材料科学的研究热点,作为不可替代的新兴基础有机功能材料之一,导电高分子材料在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件,以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术上有着广泛、诱人的应用前景。到目前为止,导电高分子在分子设计和材料合成、掺杂方法和掺杂机理、可溶性和加工性、导电机理、光、电、磁等物理性能及相关机理以及技术上的应用探索都已取得重要的研究进展。本文介绍了导电高分子的结构特征、导电机理及其应用领域,综述了近些年来导电高分子材料研究领域的进展状况。 1 导电高分子材料的分类 高分子导电材料通常分为复合型和结构型两大类： ①复合型高分子导电材料。 由通用的高分子材料与各种导电性物质通过填充复合、表面复合或层积复合等方式而制得。主要品种有导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导电薄膜等。其性能与导电填料的种类、用量、粒度和状态以及它们在高分子材料中的分散状态有很大的关系。常用的导电填料有炭黑、金属粉、金属箔片、金属纤维、碳纤维等。 ②结构型高分子导电材料。 是指高分子结构本身或经过掺杂之后具有导电功能的高分子材料。根据电导率的大小又可分为高分子半导体、高分子金属和高分子超导体。按照导电机理可分为电子导电高分子材料和离子导电高分子材料。电子导电高分子材料的结构特点是具有线型或面型大共轭体系，在热或光的作用下通过共轭π电子的活化而进行导电，电导率一般在半导
导电高分子材料 信息工程学院电一126班陈章闻6100212225 导电高分子复合材料是一类具有重要理论研究价值和广阔应用前景的新型功能材料.本文介绍了这类材料的基本导电理论、特殊效应理论、主要应用概况以及目前的研究进展. 高分子材料在很长一段时期都被用作电绝缘材料.随着不同应用领域的需要以及为进一步拓宽高分子材料的应用范围，一些高分子材料被赋予某种程度的导电性以致成为导电高分子材料.第一个高导电性的高分子材料是经碘掺杂处理的聚乙炔，其后又相继开发了聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚苯胺等导电高分子材料〔1〕.由于这些导电高分子材料都具有共轭键结构，并且主要是由化学方法处理得到的，因此常称为本征型导电高分子材料.但是，这类材料的稳定性、重现性较差，电导率分布范围较窄，成本较高，而且加工困难，尚未进入批量生产的实用阶段〔2〕.本征型导电高分子材料在应用方面遇到的困难短期难以解决，促使人们转而研究和开发导电高分子复合材料. 导电高分子复合材料是以高分子材料为基体，通过加入导电功能体，经过分散复合、层积复合以及形成表面导电膜等方式处理后形成的多相复合导电体系.由于原料易得、工艺相对简单、成本较低、电阻率可在较大范围内调节，同时具有一定程度的再加工性并兼有高分子基体材料的一些优异性能而受到广泛重视. 导电高分子复合材料的研究工作主要有：①复合材料导电机理的理论研究、特殊效应机理的理论研究；②用不同方法研制新材料的实验研究；③材料应用的实验研究. 导电高分子复合材料导电机理的理论研究工作通常又包括导电通路的形成和形成导电通路后的导电机理两方面.前者研究的是加入聚合物基体中的导电功能体在给定的加工工艺条件下，如何达到电接触而在整体上自发地形成导电通路这一宏观自组织过程；后者则主要涉及导电通路或部分导电通路形成后载流子迁移的微观过程.显然，无论是宏观过程还是微观过程，它们都受到复合体系的几何拓扑、热力学和动力学等多种因素的制约.因此，导电高分子复合材料的理论研究工作一方面呈现多样性、复杂性，另一方面又与实验结果之间存在着不同程度的差异，而且许多理论结果往往不具有普适性. 新材料的实验研究工作采用的主要方法有：组分改造(改变基体种类、改变导电功能体种类)；整体或组分物性改造(磁化、接枝、热处理、结晶、浸渍)；结构改造(板状、叠层、发泡)；导电功能体形状改造(粒状、球状、中空状、纤维状)等.应用研究则包括根据应用条件和具体要求解决各种实际问题的理论和实验研究. 本文将简要介绍这类材料的基本导电理论、特殊效应及其机理、主要应用概况以及目前的研究进展. 一、导电通路的形成理论 导电高分子复合材料的导电机理比较复杂.许多实验表明，尽管采用不同的制备方法、选取不同的基体材料和功能体，导电高分子复合材料却表现出一种相似的性质，即“渗滤阈值” 现象〔3〕.随着导电功能体含量的增加，开始时体系的电导率增加极少.当导电功能体达某一临界含量(阈值)时，复合体系的电导率急剧增加(有时可达近10个数量级).在导电功能体的临界含量附近体系电阻率的急剧下降一般被认为是由导电功能体形成大量导电通路引起的.因此，导电通路如何形成以及导电功能体的临界填充率与复合体系电阻率之间的关系便成为导电高分子复合材料研究中首先关心的问题.许多学者提出了各种理论来解释各自的实验结果，其理论大致可分为下面几类模型〔4〕. 1. 统计渗滤模型 这类模型大部分为几何模型，即将基体材料或填充材料抽象为具有某种形状的分散体系，然后基体材料和填充材料按某种机理复合为整体，而且基体成为连续相，导电填充材料成为不同程度的连续相或分散相，并由此形成部分导电通道和导电隧道.在此基础上，寻找复合材
导电高分子材料及其应用 摘要： 导电高分子材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜，以及电导率可 在绝缘体- 半导体- 金属态（10-9 到105 S/cm）的范围里变化。所以自从1977 年来，导电高分子材料的研究受到了普遍的重视和发展。本文介绍了国内外导 电高分子材料的分类、特点、应用及近年来研究发展的概况。同时还展望了导 电高分子有待发展的方向。 关键词：导电高分子;分类；应用 1导电高分子简介 20 世纪70 年代，白川英树、Heeger 和MacDiarmid等人首次合成了聚乙炔薄膜，后来又经掺杂发现了可导电的高聚物，这就是导电高分子材料。经过40 多年的发展，导电高分子材料也从最初的聚乙炔发展到聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等数十种高分子材料，成为 金属材料和无机导电材料的优良替代品。[1]但是导电高分子在变形过程中不仅仅存在弯曲 移动，而且还会产生蠕动现象，在器件的层间会发生快速分层的行为，溶剂易于挥发，使 用寿命有限、低的能量转换效率等等缺点使其在应用中具有难以突破的难点技术。[2] 2 高分子材料的分类及导电机理 导电高分子材料通常是指一类具有导电功能（包括半导电性、金属导电性和超导电性）、电导率在10-6S/cm 以上的聚合物材料。按照材料结构和制备方法的不同可把导电高分子材料分为结构型（或本征型）导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。 2.1结构型高分子导电材料 结构型高分子导电材料。是指高分子结构本身或经过掺杂之后具有导电功能的高分子 材料。最早发现的结构型高分子聚合物是用碘掺杂后形成的聚乙炔。这种掺杂后的聚乙炔 的电导率高达105 S/cm。后来人们又相继开发出了聚苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等导电高分子材料。这些材料掺杂后电导率可达到半导体甚至金属导体的导电水平。结构型 高分子导电材料用于试制轻质塑料蓄电池、太阳能电池、传感器件、微波吸收材料以及试 制半导体元器件等[3] 。但目前这类材料由于还存在稳定性差(特别是掺杂后的材料在空气中的氧化稳定性差)以及加工成型性、机械性能方面的问题，尚未进入实用阶段。 2.1.1 聚乙炔( PA) 纯净聚乙炔掺进施主杂质（碱金属（Li、Na、K）等）或受主杂质（卤素、AsF5、PF5 等）后才能导电。与半导体不同的是，掺杂聚乙炔导电载流子是孤子。聚乙炔是目前世界
课题名称：导电高分子材料的研究进展及发展趋势 检索主题词：导电高分子材料 检索工具：万方数据知识服务平台 检索途径及步骤：登录学校图书馆网站，从“中文资源”分类中找到“万方数据资源（主网站）”，选择“高级检索”，规定好想要检索的文献类型，出版时间，主题等进行检索。 导电高分子材料的研究进展及发展趋势综述 高材1208 2012012247 曹凯 摘要：介绍了导电高分子材料的类型，分析了导电材料的导电机理，对其在实际中的应用进行了研究和总结，并且在此基础上展望了导电高分子材料的未来发展趋势。 关键词：导电；高分子材料；机理；应用；发展 引言： 近年来, 导电高分子的研究取得了较大的进展, 科学家对其合成、结构、导电机理、性能、应用等方面经过多年的研究, 已成为一门相对独立的学科。按导电性质的不同，导电高分子材料分为复合型和结构型两种。前者是利用向高分子材料中加人各种导电填料来实现导电，而后者是通过改变高分子结构来实现导电。在社会的发展中，需要这种材料的地方有很多，这也使得对进行加工和应用的研究受到了人们着重地关注。 1导电高分子材料分类 按照材料的结构与组成，可将导电高分子材料分为两大类。一类是复合型导电高分子材料，另一类是结构型（或本征型）导电高分子材料。 1.1复合型导电高分子材料 复合型导电高分子材料是将各种导电性物质以不同的方式和加工工艺（如分散聚合、层积复合、形成表面电膜等）填充到聚合物基体中而构成的材料。几乎所有的聚合物都可制成复合型导电高分子材料。其一般的制备方法是填充高效导电粒子或导电纤维，如填充各类金属粉末、金属化玻璃纤维、碳纤维、铝纤维、不锈钢纤维及锰、镍、铬、镁等金属纤维。复合型导电高分子材料在技术上比结构型导电高分子材料具有更加成熟的优势，用量最大最为普及的是炭黑填充型和金属填充型。 1.2结构型导电高分子材料 结构型（又称作本征型）导电高分子是指那些高分子材料本身或经过掺杂后具有导电功能的聚合物。这种高分子材料本身具有“固有”的导电性，由其结构提供导电载流子，一旦经掺杂后，电导率可大幅度提高，甚至可达到金属的导电水平。从导电时载流子的种类来看，结构型导电高分子材料又被分为离子型和电子型两类。离子型导电高分子通常又称为高分子固体电解质，它们导电时的载流子主要是离子。电子型导电高分子指的是以共轭高分子为主体的导电高分子材料。导电时的载流子是电子（或空穴），这类材料是目前世界导电高分子中研究开发的重点。 2电高分子材料的导电机理 2.1复合型高分子材料导电机理 复合型导电高分子材料导电性主要取决于填料的分散状态”J。根据渗流理论，原来孤立分散的填料微粒在体积分散达到某一临界含量以后，就会形成连续的导电通路。这时离子
有机导电高分子材料——聚苯胺 聚苯胺(PAn)是目前研究最为广泛的导电高分子材料之一，具有原料易得、合成简便、耐高温及抗氧化性能良好等优点，是目前公认的最具有应用潜力的导电高分子材料之一。PAn还有独特的掺杂机制，优异的物理化学性能，良好的光、热稳定性，使其拥有许多独特的应用领域。目前正应用于许多高新技术如抗静电技术、太阳能电池、全塑金属防腐技术、船舶防污技术、传感器器件、电化学和催化材料、隐身技术、电致变色等，而且对这些技术的应用探索也已取得了重要进展，并逐步向实用化迈进，显示了PAn极其广阔且诱人的发展前景。 物质的能带结构决定其电学性质，物质的能带由各分子或原子轨道重叠而成，分为价带和导带[1]。通常是价带宽度大于10.0eV时，电子很难激发到导带，物质在室温下是绝缘体；而当价带宽度为1.0eV时，电子可通过热、振动或光等方式激发到导带，物质为半导体；经掺杂的PAn，其π成键轨道组成的价带与π反键轨道组成的导带之间的能带宽度(价带)为1.0eV左右，所以PAn 有半导体特性。PAn 的导电机理与其他导电高聚物的掺杂机制完全不同：它是通过质子酸掺杂，质子进入高聚物链上，使链带正电，
为维持电中性，对阴离子也进入高聚物链，掺杂后链上电子数目不发生变化，其导电性能不仅取决于主链的氧化程度，而且与质子酸的掺杂程度有关。PAn用质子酸掺杂时优先在分子链的亚胺氮原子上发生质子化，生成荷电元激发态极化子，使PAn 链上掺杂价带上出现空穴，即P型掺杂，使分子内醌环消失，电子云重新分布，氮原子上正电荷离域到大共轭键中，使PAn 呈现出高导电性。 国内外已相继开展了导电高聚物雷达吸波材料的研究，并取得了一定的进展。聚苯胺吸波材料[20]主要分为掺杂型聚苯胺吸波材料、聚苯胺/无机复合吸波材料、聚苯胺/聚合物复合吸波材料、聚苯胺微管复合吸波材料。掺杂态聚苯胺属于电损耗型介质，其吸波特性与掺杂剂、掺杂度、制备工艺等条件有密切关系，尤其是与材料的电磁性质——电磁参数有直接关系，对微波呈现较好的吸收性能，但掺杂聚苯胺仍存在吸收小、吸收频带窄等缺点，不能满足应用的需要；利用磁性物质物理再掺杂和聚苯胺化学原位聚合法把聚苯胺和高磁感软磁材料以适当的形式复合制备聚苯胺/无机复合吸波材料，具有良好的吸波特性；根据逾渗理论，可将聚苯乙烯、环氧树脂、聚氨酯、乙丙橡胶、聚酰胺等作为有机基体，利用原位聚合法和机械共混
导电高分子材料 导电高分子材料概述 摘要导电高分子材料具有高电导率等与一般聚合物不同的特性。文章综述了导电高分子的分类，研究进展，制备方法以及在作为导电材料，电极材料，显示材料，电子器件，电磁屏蔽材料及催化材料方面的应用。 关键词:导电高分子，制备，应用 Abstract :Conductive polymeric materials have the properties such as high conductivity that different from traditional polymeric materials.This paper reviews the classification of conductive polymers, research progress,Preparation methods and Conductive polymeric materials applied as the conductive material, electrode materials, display materials, electronic devices, electromagnetic shielding materials and the application of catalytic materials. Keywords: Conductive polymeric materials, Preparation,application 传统高分子材料的体积电阻率一般介于1010,1020Ω?cm之问，一直作为电绝缘材料使用。自从1997年，美国化学家MacDiarmid、物理学家Herger和日本化学家Shirakawa[1]发现掺杂聚乙炔具有良好导电性后，世界各国科学家纷纷投入到导电聚合物的研究当中，各种有机导电聚合物相继出现，其应用范围也日益扩大，广泛应用于各种家用电器、航空航天、抗静电涂料、雷达吸波材料、电磁屏蔽材料和传感器等方面，极大地丰富和改善了人们的生活。 1.导电聚合物的分类
导电高分子材料概述 摘要导电高分子材料具有高电导率等与一般聚合物不同的特性。文章综述了导电高分子的分类，研究进展，制备方法以及在作为导电材料，电极材料，显示材料，电子器件，电磁屏蔽材料及催化材料方面的应用。 关键词：导电高分子，制备，应用 Abstract :Conductive polymeric materials have the properties such as high conductivity that different from traditional polymeric materials.This paper reviews the classification of conductive polymers, research progress,Preparation methods and Conductive polymeric materials applied as the conductive material, electrode materials, display materials, electronic devices, electromagnetic shielding materials and the application of catalytic materials. Keywords: Conductive polymeric materials, Preparation,application 传统高分子材料的体积电阻率一般介于1010～1020Ω?cm之问，一直作为电绝缘材料使用。自从1997年，美国化学家MacDiarmid、物理学家Herger和日本化学家Shirakawa[1]发现掺杂聚乙炔具有良好导电性后，世界各国科学家纷纷投入到导电聚合物的研究当中，各种有机导电聚合物相继出现，其应用范围也日益扩大，广泛应用于各种家用电器、航空航天、抗静电涂料、雷达吸波材料、电磁屏蔽材料和传感器等方面，极大地丰富和改善了人们的生活。 1.导电聚合物的分类 导电高分子材料按结构和制备方法不同可分为结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。根据结构特征和导电机理不同可分成三类：载流子为自由电子的电子导电聚合物、载流子为能在聚合物分子间迁移的正负离子的离子导电聚合物、以氧化还原反应为电子转移机理的氧化还原型导电聚合物。 1.1结构型导电高分子材料 结构型(又称作本征型)导电高分子[2]是指高分子材料本身或经过掺杂后具有导电功能的聚合物。这种高分子材料由于其结构的特点，能够提供载流子而具有导电性，经掺杂后，电导率可达到金属的导电水平。从导电时载流子的种类来看，结构型导电高分子材料又被分为离子型和电子型两类。 1.2复合型导电高分子材料 复合型导电高分子材料[3]是将各种导电性物质以不同的方式和加工工艺(如分散聚合、层积复合、形成表面电膜等)填充到聚合物基体中而构成的。通常是填充高效导电粒子或导电纤维，较普及的是炭黑填充型和金属填充型。复合型导电高分子材料在技术上比结构型导电高分子材料具有更加成熟的优势。 1.3电子导电聚合物 电子导电聚合物是导电聚合物中种类最多，研究最早的一类导电材料，在电子导电聚合物的导电过程中载流子是聚合物中的自由电子或空穴。高分子聚合物中的π键可以提供有限离域，当高分子聚合物中具有共轭结构时，π电子体系增大，电子的离域性增强，共轭体系越大,离域性也越大，电子的可移动范围也就
导电高分子的应用 学号：1111410118 姓名：赵锦豪
导电高分子的应用 1.简介 1.1导电高分子的定义 导电高聚物是含一价对阴离子的具有非定域π电子共扼体系的高聚物。具有非定域π电子共扼体系的高聚物可以经过化学或电化学“掺杂”的方法使其由绝缘体转变成导电高聚物。它可以通过化学或电化学掺杂的方法使其电导率在绝缘体、半导体和导体范围内变化。该研究领域虽然只有短暂的十余年历史,但是无论在材料的合成、结构的表征、导电机理、结构与性能的关系以及它在技术上的应用探索等方面都取得了重大的进展,展现了广阔的前景。 1.2导电高聚物的“掺杂”的特点 在导电高聚物研究领域中所引用的“掺杂”术语是完全不同于传统的无机半导体的“掺杂”概念。在无机半导体中的掺杂是杂质原子取代主体原子位置的过程而且掺杂度是很低的。导电高聚物的掺杂特点是：(1)是氧化—还原的过程,即导电高聚物的掺杂过程是在高聚物链上有一个电子的得(氧化)失(还原)过程。(2)为了保持体系的电中性,掺杂过程还伴随着一价对阴离子进人高聚物体系的过程,进人高聚物体系的对阴禽子也可以脱离高聚物体系,此过程被称为脱掺杂。(3)掺杂和脱掺杂是完全可逆的过程。(4)掺杂量是大大超过无机半导体的掺杂量的限度。 因此“掺杂”实际上是电荷转移氧化还原过程,高分子链成为高分
子离子,“掺杂”剂成为高分子离子链的对离子,对离子往往插入到高分子链之间的隙缝空间,使链间距增大,有时对离子本身也堆砌成柱。所以导电高聚物的“掺杂”,本质上更相似于石墨的层间插入。“掺杂”应该更合理地称为电荷转移插入。 1.3常见种类 物质的导电过程是载流子在电场作用下定向移动的过程。高分子聚合物导电必须具备两个条件:(1)要能产生足够数量的载流子(电子、空穴或离子等);(2)大分子链内和链间要能够形成导电通道。以下分别介绍两种导电聚合物的导电机理。 1.3.1 复合型导电高聚物 复合型导电高聚物是以高分子材料为基体，添加一定数量的导电物质(如碳黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等)组合而成。该类聚合物兼有高分子材料的加工特性和金属的导电性。与金属相比较,导电性复合材料具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等优点。 由炭黑填充制成的复合型导电高分子是目前用途最广、用量最大的一种导电高分子材料。炭黑填充型导电高分子材料中炭黑通常以粒子形式均匀分散于基体高分子中,随着炭黑填充量的增加,粒子间距缩小,当接近或呈接触状态时,便形成大量导电网络通道,导电性能大大提高,继续增加炭黑用量则对导电性影响不明显。炭黑的导电性能与其结构、比表面积和表面化学性质等因素有关。炭黑的比表面积越大(粒径越小)、表面活性基团含量越少,则导电性能越好。
导电高分子材料的研究进展及其应用 谢恺201007010127 10化工（1）班 一、导电高分子材料的研究进展 按照材料结构和制备方法的不同可将导电高分子材料分为两大类:一类是结构型(或本征型) 导电高分子材料,另一类是复合型导电高分子材料。 1.1 结构型导电高分子 结构型导电高分子材料是指本身具有导电性或经掺杂后具有导电性的聚合物材料，也称作本征型导电高分子材料，是由具有共轭∏键或部分共轭∏键的高分子经化学或电化学“掺杂”，使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料，如聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PAn)、聚乙炔(PA)等。不需掺杂的结构型导电高分子材料至今只有聚氮化硫一类，而大多数均需采用一定的手段进行掺杂才能具有较好的导电性。 在众多导电高分子中，聚苯胺由于原料易得、合成简便、耐高温及抗氧化性能良好 1.2 复合型导电高分子 复合型导电高分子材料是以高分子聚合物作基体,加入相当数量的导电物质组合而成的,兼有高分子材料的加工性和金属导电性。根据在基体聚合物中所加入导电物质的种类不同又分为两类:填充复合型导电高分子材料和共混复合型导电高分子材料. 填充复合型导电高分子材料通常是在基体聚合物中加入导电填料复合而成。根据导电填料的不同,填充型导电聚合物复合材料可分为炭黑填充型、金属填充型、纤维填充型等。 由炭黑填充制成的复合导电高分子材料是目前用途最广、用量最大的一种导电材料。复合材料导电性与填充炭黑的填充量、种类、粒度、结构及空隙率等因素有关,一般来说粒度越小,孔隙越多,结构度越高,导电值就越高。乙炔炭黑是人们常用的一种导电炭黑。焦冬生等研究了乙炔炭黑填充量对硅橡胶导电性能的影响。结果表明:试样体积电阻率随乙炔炭黑用量的增加呈现降低趋势,用量超过30份时,橡胶的体积电阻率迅速减小;当乙炔炭黑用量大于40份时,橡胶的体积电阻率下降趋缓,体积电阻率最小值不大于4.5Ω·cm。 1.3 离子液体在导电高分子中的应用 室温离子液体是由特定阳离子和阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的物质,它具有非挥发性、低熔点、宽液程、强的静电场、宽的电化学窗口、良好的导电与导热性、高热容、高稳定性、选择性溶解力与可设计性。这些特点促使对离子液体的研究和使用从最初的化学化工领域,迅速拓展到包括功能材料、能源、资源环境、生命科学在内的众多领域。 二、导电高分子材料的应用 2.1 导电高分子材料在医学工程中应用 塑料等高分子聚合物可以像金属一样导电,而且可以制作成各种特殊性能的新材料。目前导电高分子材料已悄然走进生物医学领域，是生物材料和组织工程学家关注的焦点。 聚吡咯（Polypyrrole,Ppy）是一种生物相容性较好的高分子。细胞外基质蛋白和生长因子不但可以通过侧链、配基以共价键结合Ppy的表面高分子基团上，而且通过离子键合掺杂的药物和生物活性分子还可通过电化学控制释放，实现生物分子定量释放表达，作用于细胞，以获得预期的细胞贴壁、增殖、分化性质，实现表面功能化、可控化。利用Ppy构建生物电活性涂层，可以通过掺杂分子和控制加电方式、电刺激强度以及作用时间提供局域定向电刺激，获得不同的表面特性。 2.2 导电液晶材料 液晶高聚物材料具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率以及良好的介电