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导电高分子材料PPT演示课件

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导电高分子PPT课件

导电高分子PPT课件
You Know, The More Powerful You Will Be
18
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX
时 间：XX年XX月XX日
19
可弯曲、大面积和低成本等优点。 ——实用化的突破口
12
导电高分子的应用
2.分子导线
❖ 一个分子类似于一根导线。 ❖ 可用于高灵敏度检测、超大规模集
成技术等。 ❖ “模板聚合、分子束沉积等方法制
备“分子导线”或导电高分子微管 (或纳米管)
13
导电高分子的应用
3.二次电池
高分子掺杂态 储存电能、脱 掺杂过程中释 放电能
导电高分子 及其应用
导 师 ： 虞星炬研究员 马小军研究员
1
❖导电高分子的定义 ❖导电高分子的历史 ❖导电原理 ❖导电高分子的种类 ❖导电高分子的特性 ❖导电高分子的应用 ❖问题与挑战
2
导电高分子
导电高分子是指具有共轭π-键， 其本身或经过“掺杂”后具有 导电性的一类高分子材料。
✓ 高分子链 ✓ 与链非键合的阴离子或阳离子
3
导电高分子的发展
1862年Lethebi——聚苯胺 1977年白川和MacDiarmid—
—掺杂聚乙炔（电导率达 102s/cm） 1986年，Elsenbaumer R.L.等 人得到了可溶性聚噻吩
4
种 类
名称 聚乙炔 聚噻吩 聚吡咯 聚苯胺 聚苯
结构
(
)
Sn
(
)
Nn
H
(
NH )n
(
)
Hn
的

导电高分子材料聚吡咯ppt课件

导电高分子材料聚吡咯ppt课件
因素
目前，PPy导电高分子材料的制备主要 有2 种方法：电化学合成法和化学氧化 法。其中，化学氧化法得到的一般为粉 末样品，而电化学合成法则可直接得到 导电PPy 薄膜。
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12
电化学合成法：电化学合成法是通过控 制电化学氧化聚合条件(含吡咯单体的 电解液、支持电解质和溶剂、聚合电位、 电流和温度等)，在电极上沉积为导电 PPy薄膜
表面活性剂、反应时间、反应温度及反 应制备工艺对Ppy的导电性都有影响
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18
四、聚吡咯的性能改进
1、聚吡咯与纳米材料的复合：保留导 电性能的同时可降低材料成本，而且又 赋予材料其他功能特征。
2、聚吡咯与其他聚合物的复合：如可 以提高尼龙-66的结晶度和结晶度完整 性，其复合膜表面的Ppy具有网状结构 等。
导电高分子材料聚吡咯
胡伟伟 070804208
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1
一、导电高分子分类 二、聚吡咯导电机理 三、PPy的制备及影响电导率的因素 四、Ppy的性能改进
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2
导电高分子的分类
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。
3、3-取代聚吡咯的合成：易溶解、加 工
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19
谢谢
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20Biblioteka 5二、聚吡咯导电机理
优点：具有共轭双键的导电高分子聚吡 咯由于合成方便、抗氧化性能好，与其 他导电高分子相比，因具有电导率较高、 易成膜、柔软、无毒等优点
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6
聚吡咯(polypyrrole,PPy)掺杂后才具 有较好的导电性。常用的掺杂剂有金属 盐类如如FeCl3，卤素如I2、Br2，质子 酸如H2SO4 及路易斯酸如BF3 等。不同 种类的掺杂剂对PPy掺杂以形成高导电 性的机理不同，一般分为电荷转移机理 和质子酸机理。

导电高分子材料ppt课件

导电高分子材料ppt课件
缺点：只适宜于合成小批量的生产
其他合成方法：乳液聚合法、微乳液聚合法
.
导电高分子应用
储信 息 存
达隐 身 雷
池二 次 电
快
速
电致 响
应
变
色
性
吸
可 逆
导
波掺 电
性杂 性
导电高分子
.
05
导电高分子应用
半导体特性的应用－发光二极管（PLED）
利用导电高分子与金属线圈当电极，半导体高分子在中间，当两电 极接上电源时，半导体高分子将会开始发光。比传统的灯泡更节省能源 而且产生较少的热，具体应用包括平面电视机屏幕、交通信息标志等。
五元环，稳定性相对较好。
方法
电化学合成法
（PPy ） 化学氧化法
定义 样品形状
在电极上沉积为导电薄膜。 薄膜
导电性的 掺杂剂、介质的选择、反应体系的
影响因素 理化性质
T↑σ↓；PH↑σ↓
粉末
表面活性剂、反应时间、反应 温度、反应制备工艺
掺杂剂
金属盐类FeCl3，卤素I2、Br2，质子酸H2SO4及路易斯酸BF3等
二次电池的电极材料。 碳纳米管(CNT)/导电高分子复合体系——研究热点。
d) 选择电极：纳米聚苯胺对于某些离子和气体具有选择性识别和透过率。
e) 特殊分离膜
f) 高温材料：热失重温度大于200℃，远远大于其他塑料制品。
g) 太阳能材料：纳米聚苯胺有良好的导热性，导热系数是其他材料的2~3倍，可作太
日本精工爱普生成功开发了世界上第一台.大屏幕 (40英寸)全彩色有机发光二级管显示器的模型
导电高分子应用
半导体特性的应用－太阳能电池
电高分子可制成太阳电池，结构与 发光二极管相近，但机制却相反，它是 将光能转换成电能。优势在于廉价的制 备成本，简单的制备工艺，具有塑料的 拉伸性、弹性和柔韧性。

功能高分子05第4章导电高分子材料PPT教学课件

功能高分子05第4章导电高分子材料PPT教学课件

2020/10/16
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复合型导电高分子材料的导电作用主要通过其中的 导电材料完成。
复合型导电高分子材料的结构形式：
(1)分散复合结构 导电性粉末 、纤维分散在基体中
(2)层状复合结构 导电层独立存在，两面覆盖基体材 料
(3)表面复合结构 导电材料复合到基体表面
(4)梯度复合结构 两材料连续相间有浓度渐变的过渡 层
因为σ电子是无法延主链移动的，而π电子虽较易
移动，但也相当定域化，因此必需再加以掺杂，亦
即移去主链上部分电子(氧化)或注入数个电子(还原)，
这些电洞或额外电子可以在分子链上移动，使此高
分子成为导电体。
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当聚乙炔被氧化或还原后主链上即产生自由 基离子或称为极子。
以卤素为氧化剂及碱金属为还原剂为例，掺 杂反应式如下：
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按其结构特征及导电机理又可分为： 电子导电聚合物、 离子导电聚合物、 氧化还原型导电聚合物。
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复合型导电高分子材料是由绝缘性高分子材 料和各种导电物质通过复合方式制成。
导电物质：炭黑、石墨、碳纤维、金属粉、金 属纤维、金属氧化物等。
复合型导电高分子材料兼有高分子材料的易加 工特性和金属的导电性。
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复合型导电高分子材料的性质： (1)导电性质
分散相在连续相中形成导电网络 (2) 压敏性质
材料受到外力作用时，其电性能明显变化 (3) 热敏性质
温度变化时，材料电性能明显变化
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复合型导电高分子材料的应用：
(1) 导电性质的应用
金属/环氧树脂导电胶粘剂用于电子器件的连接， 抗震性能好

导电高分子材料聚吡咯ppt课件

导电高分子材料聚吡咯ppt课件
15
介质的选择：
16
反应体系的理化性质：包括反应温度、 pH 值、电压、电流密度等对PPy 的导 电性也有不同程度的影响。大量研究表 明，随反应温度提高、PH值的升高 PPy 的导电率反而下降。
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化学氧化法：化学氧化法是在一定的反 应介质中加入特定的氧化剂，使得单体 在反应中直接生成聚合物并同时完成掺 杂过程。
表面活性剂、反应时间、反应温度及反 应制备工艺对Ppy的导电性都有影响
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四、聚吡咯的性能改进
1、聚吡咯与纳米材料的复合：保留导 电性能的同时可降低材料成本，而且又 赋予材料其他功能特征。
2、聚吡咯与其他聚合物的复合：如可 以提高尼龙-66的结晶度和结晶度完整 性，其复合膜表面的Ppy具有网状结构 等。
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二、聚吡咯导电机理
优点：具有共轭双键的导电高分子聚吡 咯由于合成方便、抗氧化性能好，与其 他导电高分子相比，因具有电导率较高、 易成膜、柔软、无毒等优点
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聚吡咯(polypyrrole,PPy)掺杂后才具 有较好的导电性。常用的掺杂剂有金属 盐类如如FeCl3，卤素如I2、Br2，质子 酸如H2SO4 及路易斯酸如BF3 等。不同 种类的掺杂剂对PPy掺杂以形成高导电 性的机理不同，一般分为电荷转移机理 和质子酸机理。
导电高分子材料聚吡咯
1
一、导电高分子分类 二、聚吡咯导电机理 三、PPy的制备及影响电导率的因素 四、Ppy的性能改进
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导电高分子的分类
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。
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此时PPy的链结构即为一般的氧化掺杂结构， 如图 1(a)。

《导电高分子》课件

《导电高分子》课件
植物提取法
从植物中提取高分子物质，再通过化学反应将导电物质引入高分子链中。
04
导电高分子材料的性能 优化
掺杂技术
综述
掺杂技术是通过向高分子材料中添加其他物质， 以改变其导电性能的一种方法。
原理
掺杂剂与高分子材料相互作用，产生电子转移， 从而增加材料的导电性。
应用
广泛应用于聚乙炔、聚噻吩等导电高分子的性能 优化。
详细描述
这类材料结合了电子导电型和离子导电型高分子材料的优点，具有更高的导电性 能和稳定性，广泛应用于电极材料、传感器、电池等领域。混合导电型高分子材 料的制备工艺和性能调控是研究的重点和难点。
03
导电高分子的制备方法
化学合成法
聚合法
通过聚合反应将小分子单体转化为高分 子聚合物，是制备导电高分子的常用方 法。
环境友好性和可持续发展
可生物降解
开发可生物降解的导电高分子材料，降低对环境的污染。
资源回收
研究导电高分子的回收再利用技术，实现资源的可持续利用。
绿色合成方法
采用环保的合成方法制备导电高分子材料，减少对环境的负面影响 。
导电高分子的应用领域
导电高分子在电子领域的应用 主要包括集成电路、电极材料 、传感器等，可以替代传统的 金属材料，降低成本和提高性
能。
在通信领域，导电高分子可用 于制造电磁屏蔽材料、高频电 缆等，提高通信设备的电磁兼
容性和信号传输质量。
在能源领域，导电高分子可用 于太阳能电池、燃料电池等新 能源设备的电极材料和隔膜材 料，提高能源利用效率和设备 稳定性。
在环保领域，导电高分子可用 于污水处理、空气净化等方面 的电极材料和催化剂载体，改 善环境质量。
02
导电高分子材料的分类

本征型导电高分子课件

本征型导电高分子课件
❖ 离子导电高分子材料导电所需条件：具有将 正负离子解离的溶剂化能力和允许体积较大 的离子迁移的结构。
《本征型导电高分子》PPT课件
固态离子导电机理
主要包括： ❖ 缺陷导电 ❖ 无扰亚晶格离子迁移导电 ❖ 非晶区扩散传导离子导电
《本征型导电高分子》PPT课件
非晶区传导离子导电
❖ 高分子材料多是非晶态或不完全结晶物质， 在非晶区呈现较大的塑形，由于链段的热运 动，内部物质具有一定迁移性质，依据这种 性质发生的离子导电过程被称为非晶区传导 离子导电。
C N
高 温环 化
CH2
CH2
CH
CH
CH
C
C
C
N
N
CH
CH
脱氢
C
C
C
C
C
C
N
N
《本征型导电高分子》PPT课件
3、电化学聚合法 这一方法采用电极电位作为聚合反应的引
发和反应驱动力，在电极表面进行聚合反 应并直接生成导电聚合物膜。 反应完成后，生成的导电聚合物膜已经被 反应时采用的电极电位所氧化（还原）， 即同时完成了“掺杂”过程。
聚吡咯的电化学聚合实例：
阳极氧化
N
-e
R
自由基偶合
R HN
N
NH
R
R
拖质子 -2H+
R N N R
链增长
N R
R
N
N
N
R
R
《本征型导电高分子》PPT课件
一般聚吡咯聚合阳极电压为 0.6V~1.2V(相 对于SCE)时产生单体和二聚体的自由基, 以 a为偶合. 但是, 不产生高聚物。保持在 1.2V 以上时生成的聚合体继续产生自由基, 偶合,脱氢使高分子链继续增长. 这证明反应 的第二步是阳离子自由基之间的偶合反应, 而不是阳离子自由基与单体的链增长反应.

导电高分子详解PPT116页

导电高分子详解PPT116页
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
导电高分子详解
Hale Waihona Puke 56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左

导电高分子材料聚吡咯 ppt课件

导电高分子材料聚吡咯 ppt课件

导电高分子的分类
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。
ppt课件
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材料和组成
结构性（本身 固有导电性）
复合型（本身 不具有导电性）
聚乙烯、聚吡 咯、聚苯胺等
导电涂料、导 电橡胶等
ppt课件
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影响电化学合成法制备的PPy导电性的 因素主要有掺杂剂、介质的选择、反应 体系的理化性质等。
ppt课件
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掺杂剂：经实验表明但吡咯单体和电解 液的浓度分别为0.2和0.3mol/L，温度为 0℃，电流密度为0.3mA/cm2 时，
ppt课件
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介质的选择：
ppt课件
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反应体系的理化性质：包括反应温度、 pH 值、电压、电流密度等对PPy 的导电 性也有不同程度的影响。大量研究表明， 随反应温度提高、PH值的升高PPy 的导 电率反而下降。
ppt课件
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精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
电化学合成法是通过控制电化学氧化聚合条件含吡咯单体的电解液支持电解质和溶剂聚合电位电流和温度等在电极上沉积为导电ppy薄膜影响电化学合成法制备的ppy导电性的因素主要有掺杂剂介质的选择反应体系的理化性质等
导电高分子材料聚吡咯
ppt课件
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108
绝缘体 σ<10-10
半导体 10-10<σ<102
导体ห้องสมุดไป่ตู้
σ>102
3 01
超导体
σ>1020
发展历程
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 Et3Al-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。
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
13 02
导 电 高 分 子 聚乙炔PA Polyacetylene 顺式聚乙炔 反式聚乙炔
（铜色） （银白色）
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。研究最早，最系统，实测导电率最高，但由于 其稳定性差，难以使用。聚乙炔是尚在开发研究中的新型功能 高分子，已成功制成太阳能电池、电极和半导体材料，但尚未 达到工业应用阶段。
Conductive Polymer
导电高分子材料
1
导电高分子
Conductive Polymer or Conducting Polymer or Electroactive Polymer or Synthetic Polymer 按材料的导电性分： 绝缘体（insulator）半导体（semiconductor） 导体（conductor） 超导体（superconductor） 电导率 σ =1/ρ=1/(Ω*m)=S/m
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
•掺杂目的：降低能带隙
10 02
导电高分子
•导电高分子的掺杂 VS 无机半导体的掺杂
名称
掺杂本质 掺杂量 可逆性
无机半导体中的掺杂
本质是原子的替代 极低：万分之几 没有脱掺杂过程
导电高分子中的掺杂
是一种氧化还原过程，通过电荷 的转移实现
高：一般在百分之几到百分之几 十之间
存在脱掺杂， 掺杂过程是完全可逆的
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。
1983年：加州理工学院的 Robert H. Grubbs 以烷基钛配合物为 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。
6 01
导电高分子分类
(广义)导电高分子材料
结构型(本征型)(狭义导电高分子)
主链结构具有导电功能的 高分子，一般以电子高度离域 的共轭聚合物经过适当电子受 体或供体的掺杂后得到。
2000年获得诺贝尔化学奖
G. MacDiarmid H.Shirakawa
J.Heeger
艾伦·马克迪尔米德 白川英树
艾伦·黑格
5 01
发展历程
1980年：英国 Durham大学的W. Feast 得到更大密度的聚乙炔。
1987 年：德国 BASF 科学家 Herbert Naarman 和 Nicholas Theophiou 在H.Shirakawa方法基础上150℃改良了合 成方法，得到的聚乙炔电导率与铜在同一数 量级，达107S/m 。
•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
9 02
导电高分子
•纯净无缺陷的理想π共轭结构高分子：绝缘体，不导电。
•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。
•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
复合型
将碳素、金属、金属氧化 物等导电粒子引入到绝缘高分 子材料基材中，得到具有导电 性能的多相复合体系。
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，还具有分 子可设计性，可加工性和密度小 等特点。
在较大范围内调节电学和力 学性能，成本较低，易于成型 和大规模生产。
11 02
导 电 高 分 子 特性
•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
导电高分子的电导率范围
12 02
导 电 高 分 子 特性
•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
14 02
导 电 高 分 子 聚吡咯 Polypyrrole
五元环，稳定性相对较好。
方法
电化学合成法
（PPy ） 化学氧化法
定义 样品形状
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。
4 01
发展历程
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。
7 02
导电高分子分类
（PAn )
(聚苯亚乙烯)
8 02
导电高分子
•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。
•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。
ρ—电阻率，ρ=RS/L 单位：mS/m, S/cm, μS/cm…
2 01
导电高分子
Conjugated polymer
insulator
semi-conductor
metal
S/cm
10-14
10-10
10-6
10-2
102
106
Conductivity 10-16
10-12
10-8
10-4
100