结构型导电高分子

简述：传统的高分子材料为绝缘材料,在使用时存在静电积累、电磁波干扰等危害,如用其制造的传送带,在传送煤炭的过程中易发生火灾和爆炸;油船因静电引起火灾;塑料薄膜在生产过程中常因静电发生事故。

随着大规模集成电路的迅速发展,静电及电磁波公害更加突出。

随着电子线路集成化水平的提高,电磁波的影响将会引起误动等危害。

这些问题的出现已严重阻碍了高分子材料的发展,因此,必须研制开发导电高分子材料来解决上述问题。

导电高分子材料的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。

一、结构导电机理所谓结构型导电高分子是高分子本身结构显示导电性, 通过离子或电子而导电。

所以, 结构型导电高分子材料又可分为电子导电高分子材料和离子导电高子材料两类。

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,填充纤维的最佳直径为7Lm。

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。

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0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。

导电高分子电磁屏蔽材料07高分子材料与工程袁凯20070810080122摘要导电高分子材料根据材料的组成可以分成复合型导电高分子材料(composite conductive polymers)和本征型导电高分子材料(intrinsic conductive polymers)两大类，后者也被称为结构导电高分子材料(structure conductive polymes)。

其中复合型导电高分子材料是由普通高分子结构材料与金属或碳等导电材料，通过分散、层合、梯度复合、表面镀层等复合方式构成。

其导电作用主要通过其中的导电材料来完成。

本征导电高分子材料也被称为结构型导电高分子材料，其高分子本身具备传输电荷的能力，这种导电聚合物如果按其结构特征和导电机理还可以进一步分成以下三类：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。

后者的导电能力是由于在可逆氧化还原反应中电子在分子间的转移产生的。

由于不同导电聚合物的导电机理不同，因此各自的结构也有较大差别。

关键词导电高分子（Conductive polymer）复合型（composite）本证结构型(structure) 电磁屏蔽(Shielding)前言近年来，随着科学技术和电子工业的高速发展，各种数字化、高频化的电子电器设备在工作时向空间辐射了大量不同波长和频率的电磁波，与此同时，电子元器件灵敏度越来越高，很容易受到外界电磁干扰而出现误动、图像障碍以及声音障碍等。

电磁辐射产生的电磁干扰不仅影响到电子产品的性能实现，而且由此而引起的电磁污染会对人类和其它生物体造成严重的危害。

为解决电磁波辐射造成的干扰与泄漏，主要采用电磁屏蔽材料进行屏蔽，实现电子电器设备与环境相调和、相共存的电磁兼容环境(Electro- Magnetic Compatibility，EMC)。

导电性高分子材料:用途广泛的高分子材料导电性高分子材料一般分为复合型和结构型两大类。

复合型导电高分子材料，它是由导电性物质与高分子材料复合而成。

这是一类已被广泛应用的功能性高分子材料。

复合型导电高分子材料分类有很多种，根据电阻值的不同可分为：半导电体、除静电体、导电体、高导电体；根据导电填料的不同可分为：抗静电剂系、碳系(炭黑、石墨等)、金属系(各种金属粉末、纤维、片等)；根据树脂的形态不同可分为：导电塑料、导电橡胶、导电涂料、导电胶粘剂、导电薄膜等；还可根据其功能不同分为：防静电材料、除静电材料、电极材料、发热体材料、电磁波屏蔽材料。

结构型导电高分子材料是有机聚合掺杂后的聚乙炔，具有类似金属的电导率。

纯粹的结构型导电高分子聚合物至今只有聚氮化硫类，其他许多导电聚合物几平均需采纳氧化还原、离子化或电化学等手段进行掺杂之后才能有较高的导电性。

其代表性产物有聚乙炔、聚对苯撑、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。

还有一种叫做热分解导电高分子，这是把聚酰亚胺、聚丙烯腈等在高温下热处理，使之生成与石墨结构相近的物质，从而获得导电性。

这些热分解导电高分子的特征是无须掺杂处理，故具有优异的稳定性。

结构型导电高分子材料主要用途是导电材料、蓄电池电极材料、光功能元件、半导体材料。

渔用无毒导电高分子防污涂料项目简介：该产品是具有导电性能的新一代无毒防污涂料，它是建立在导电高分子应用研究取得突破进展的基础上，与传统树脂复合而制成的高科技产品。

首先要制备高性能的可溶的导电高分子材料，然后再通过相应的工艺技术与传统的树脂颜填料复合。

将该种涂料涂敷于渔具（主要是聚乙烯XX线和尼龙XX线）上，具有良好的附着性能、可使渔具具有优良的抗拉、抗拆、抗冲击能力，并极富弹性。

该产品可有效地防止藻类、蛸类等海洋生物在XX上附着而堵塞XX孔，使营养和氧分能够畅通无阻地进入XX箱内，提高养殖产量和质量。

高性能导电涂料项目简介：该项目主要进行了以超细银为导电介质的导电涂料研制，采纳超细银表面原位聚合技术，使超细银介质以超细状态分散于高分子介质中，大大提高导电涂料的防沉降性和导电介质的分散均匀性，从而提高导电性，并具有卓越的电磁屏蔽效果，对300MHz－1.8GHz的电磁波屏蔽效果达80dB；解决了超细粉体及高分子基体与溶剂的相互作用关系，解决了导电涂料引起被涂基材应力开裂的关键技术，采纳低毒复合溶剂，解决了溶剂对环境和人体的污染，解决了环保型超细导电涂料产业化和应用中的重点和关键技术：导电涂料与被涂基材的相互作用关系；超细化导电涂料的大规模机器人自动化喷涂技术；超细化导电涂料涂层均一性操纵；解决导电涂料涂装中粒子沉降而堵塞管路技术。

概念：具有共轭π键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其有绝缘体变为导体。

导电高分子特点主要是：一，接近于金属的高电导率，且变化范围大；二，在溶液或干燥的环境下能显示出良好的耐腐蚀性；三，由液相沉积，因而有良好的形态学（morphology）性质。

应用：微孔沉积和薄膜技术电极材料微波材料分析化学催化气体和生物传感器电致变色显示器件人造肌肉。

本征型（结构型）：以共轭聚合物为代表的具有固有导电性的高分子，具有分子轨道强烈离域和分子轨道相互重叠的特点。

共轭链中的π电子数越多，电子活化能越低，导电性越强。

(1) 芳香类，如聚芳香胺、聚苯乙烯；(2) 苯类，如聚对苯撑；(3) 非苯类，如聚1 8-二氨基萘、聚1-氨基蒽（如图1）等；(4) 杂环化合物，如聚吡咯类、聚噻吩类、聚吲哚类等。

分为离子型和电子型。

复合型（掺杂型）：本身不具有导电性，以普通的绝缘体聚合物为主基质，对其进行掺杂，掺入导电物质的高分子制成。

掺杂：1、化学和电化学p-掺杂。

2、化学和电化学n-掺杂。

3、光掺杂。

4、电荷注入掺杂。

5、非氧化还原掺杂。

导电高分子内部结构的三种情况：（1）一部分导电颗粒完全连续的相互接触形成电流通路，相当于电流流过的电阻。

（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流通路，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）一部分导电粒子完全不连续，导电颗粒间的聚合物隔离层较厚，是电的绝缘层，相当于电容器的效应。

在实际应用中，为了使导电填料用量接近理论值，必须使导电颗粒充分分散。

若导电颗粒分散不均匀，或在加工中发生颗粒凝聚，则即使达到临界值（渗滤阈值），无限网链也不会形成。

聚乙炔：在低温下，价带中的电子不能越过能隙而激发到导带中去当温度达到相变温度时热能使电子越过能隙导带中出现了电子价带中留下了空穴电子和空穴在链中运动而成了导体。

由于聚乙炔能隙很大(约1. 5eV) 其对应的派尔斯相变温度达到数千摄氏度在这样的高温下聚乙炔早已分解所以在通常温度下纯净聚乙炔总是不导电的只有掺杂后才能导电。