新型导电聚合物及其应用研究

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导电高分子材料的研究与应用探究

作者：马冰琳

来源：《电子世界》2011年第22期

【摘要】主要介绍了聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚对笨乙烯撑这几类导电高分子在近年来的研究进展。综述了提高导电高分子的电导率，改善其溶解性及可加工性的方法，以及导电高分子在电子器件、电池、电磁屏蔽材料、导电橡胶、透明导电膜等方面的实际应用和将来的研究方向。

【关键词】导电高分子；聚乙炔；聚苯胺；聚吡咯；聚噻吩

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，已使其成为一门相对独立的学科。目前研究比较多的结构型导电高分子主要有聚乙炔、聚芳杂环化合物及其衍生物、聚芳环和芳稠环化合物及其衍生物。

1.导电高分子材料的研究进展

1.1 聚乙炔（PA）

PA是研究最早、最系统，也是迄今为止实测电导率最高的电子聚合物。白川英树采用Ti（OBu）4/AIR3为催化剂，用纯的四氢呋喃及苯甲醚为溶剂，得到了球状或颗粒状的聚乙炔膜。Naarman采用对聚合催化剂进行高温陈化的方法，聚合物力学性质和稳定性有明显改善，高倍拉伸后具有很高的导电性。王佛松，钱人元等人用稀土Nb及烷基铝作催化剂，通过改变溶剂或添加剂的种类及稀土/烷基铝的比率获得了具有纤维状结构的聚乙炔薄膜，其电导率在10～1000S/cm。曹镛等用Ti（OBu）4

/AIR3为催化剂，用纯的四氢呋喃及苯甲醚为溶剂，得到了球状或颗粒状的聚乙炔膜。王岱山等通过对Shirakawa催化体系进行特殊处理，得到了高性能的聚乙炔膜。王佛松等通过增重法及红外电子自旋共振法研究了不同催化体系得到的聚乙炔的空气稳定性，清楚了聚乙炔中的共轭双键易与空气中的氧气发生反应生成羰基化合物，导致聚乙炔的共轭结构被破坏，降低其电导率。为了改善聚乙炔的导电溶解等性能，人们研究了各种取代聚乙炔，发现乙炔有取代基时，聚合物的电导率降低，但却大大改善了它的溶解性，取代聚乙炔大多数都是可溶的，且取代聚乙炔，尤其是含氟炔烃的稳定性还比聚乙炔好。

科技动态

导电聚合物

BAYTRONR

及其在

固体电解电容器上的应用

陈湘宁(广州定制化学品研究院

,广东广州　

510620)

摘要

:介绍新一代导电聚合物——聚乙烯二氧噻吩(

3,42

Polyethylenedioxythiophene,简称

PEDT)的主

要特点

,分析了其对固体电解电容器等效串联电阻、高频特性等性能的影响。

PEDT将是今后开发新一代高频固

体电解电容器的重点研究领域。

关键词

:固体电解电容器

,3,42聚乙烯二氧噻吩

;导电聚合物

中图分类号

:TM535+1

1 文献标识码

:A 文章编号

:10012

2028(

2000)

032

00352

02

1　

BAYTRONR

导电膜的特点及应用

一般来说

,塑料都是绝缘的。然而特殊的导电塑料具有很

好的导电性

,其导电性介于半导体与金属之间。这种金属和塑

料特性的结合为无数应用领域

,特别是电子工业展现出全新的

应用前景。

然而过去所用的导电塑料比如聚吡咯(

Polypyrrole)、聚苯

胺(

polyaniline)有一些缺点

,应用受到一定限制。

拜尔公司开发出了新一代的导电塑料

,3,42聚乙烯二氧噻

吩(

3,42

Polyethylenedioxythiophene,简称

PEDT)。商品名

称为

BAYTRONR

,它具有以下突出性能

:

(

1)电导率高(最小方阻

R

S为

1508)、透明性好

;

(

2)在物体表面小于

1Λ

m的薄层内产生作用

,所以可用较

低的成本来获得很好的效果

;

(

3)很好的抗水解性、光稳定性及热稳定性

;

(

4)工艺简单

,使用方便

;

(

5)高

pH值时导电性能不会下降

;

(

6)电化学性能好。

随着

BAYTRONR的开发成功

,拜尔公司已成功将导电塑

料应用于许多领域。现在

BAYTRONR导电膜的使用量已达到

1×

108

m2。

图

1　

BAYTRONR透明性

T与方阻的关系

BAYTRONR的应用领域主要有

:

(

1)固体钽或铝电解电容器的阴极

;

(

2)玻璃的抗静电涂层

;

(

3)塑料的抗静电涂层

;

(

4)塑料等非导电材料静电喷涂的底涂层

第２２卷第２期　河南工程学院学报（自然科学版）　２０１０年６月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＨＥＮＡＮ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　ＯＦ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖｏ１．２２，Ｎｏ．２　Ｊｕｎ．２０１Ｏ　六种新型导电共轭聚合物的电化学性质研究　赵国欣　，李晓静　，冶保献　（１．中州大学实验管理中心，河南郑州４５００４４；２．郑州大学化学系，河南郑州４５０００１）　摘要：对六种噻吩嗪聚合物进行了电化学研究，用多种方法计算了其电化学参数，并且对反应机理作以推导，估　测了其能级轨道值的大小．另外，还研究了ＩＩＢ金属离子与导电聚合物作用后的循环伏安现象．结果发现，　ＩＩＢ金属离子的引入使得聚合物的氧化峰不同程度地负移．　关键词：共轭导电聚合物；电化学；动力学参数；能量轨道；金属离子　中图分类号：０６１４．８１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—３３０Ｘ（２０１０）０２—００２６—０６　１９９０年，英国剑桥大学Ｂｕｒｒｏｕｇｈｅｓ等人首次报　道了以聚对苯乙炔（ＰＰＶ）为发光层制备的单层夹心　薄膜发光二极管　］．随后，美国加州大学的Ｈｅｅｇｅｒ　等人也报道了以二烷基取代的ＰＰＶ为发光层的改　进的聚合物ＥＬＤ＿２］，这使得有机薄膜电致发光材料　从有机小分子拓展到了聚合物，扩大了发光材料的　选择范围．聚合物电致发光材料作为一种新型发光　材料，有着其他材料不可比拟的优势，如易制作大屏　幕显示器、低压直流电压驱动、加工工艺简单和成本　低等，所以它被认为是最理想和最具开发前景的下　一代显示发光材料．　目前，人们在开发研究聚合物发光材料的工作　中已取得了非常显著的成果，但是科学家们并不满　足于此．最近，有许多科学家试图将金属离子植入有　机和聚合物中，来研究金属和共轭结构之间作用的　本质和强度　Ｊ．本文主要研究了六种噻吩嗪聚合　物的电化学性质以及加入一定比例的金属离子后它　们的电化学行为，对其反应机理以及其能级轨道进　行了估测．　１　实验部分　１．１仪器和试剂　ＣＨＩ　６５０Ａ型电化学工作站（上海，晨华）；三电　极体系：工作电极为玻碳电极（ＧＣ）；参比电极为饱　和甘汞电极（ＳＣＥ）；辅助电极为Ｐｔ丝电极．　Ｕｎｉｃｏ　。ＭｕＶ一２１０２　ＰＣ型紫外可见分光光度计（上　海，Ｕｎｉｃｏ仪器公司）．　高氯酸四丁基铵（ＴＢＡＰ）参照文献［７］方法合　成；实验所用其他试剂均为分析纯．　１．２六种聚合物的合成步骤及结构　首先，利用噻嗪的烷基化反应合成化合物１（Ｎ．　辛基－噻嗪），然后再利用化合物１的Ｖｉｌｓｍｅｉｅｒ醛基　化反应合成化合物２（Ｎ一辛基＿３，７．二甲酰基．噻嗪），　再通过烯化反应合成化合物３（Ｎ－辛基－３，７．二乙烯　基一噻嗪）．化合物１还可以通过双碘化反应合成化　合物４（Ｎ一辛基＿３，７．二碘．噻嗪），化合物５（对联苯　二亚甲基磷叶立德盐）通过三苯基膦与联苯的二氯　取代物在ＤＭＦ溶剂中反应合成．而后，化合物３分　别通过Ｈｅｃｋ偶合反应和Ｗｉｔｔｉｎｇ反应合成聚合物：　ＰＱ，ＰＱＳ，ＰＱＳｅ，ＰＱＤＮ，ＰＱＴＮ和ＰＱＤＢ．具体合成　路线　和结构如图１所示．　２结果与讨论　２．１六种聚合物在玻碳电极上的电化学行为　在一０．３—１．７　Ｖ的电位范围内研究了六种聚　合物的电化学行为．图２给出了ＰＱＳｅ和ＰＱ的循环　伏安行为．图３为空白溶剂的循环伏安行为．　收稿日期：２０１０—０３一ｌ２　基金项目：国家自然科学基金项目（Ｎｏ．２０７７５０７３）．　作者简介：赵国欣（１９８０一），女，河南焦作人，助教，硕士研究生，

导电高分子材料制备及应用研究进展

摘要：在介绍导电高分子材料导电机理的基础上，对目前最常见的两种导电高分子材料的制备方法进行综述；重点讨论了含大型离域π键导电高分子材料、化学掺杂型共轭结构导电高分子材料和新型本征导电高分子材料等本征型导电高分子材料的制备方法，并研究了金属及其氧化物、碳系纳米材料、有机组分以及新型导电填料等对填充型导电高分子材料导电性能的影响；同时对其在电子电器材料、生物医学以及环境保护等方面的应用进行了总结，展望了新型导电高分子材料未来的应用研究方向。

关键词：导电高分子材料；导电机理；电子电器；纳米粒子

随着电子信息技术的不断发展，新型电子电器材料的开发成为目前材料研究领域中的一个热点。传统的金属类材料成本较高、耐化学腐蚀性不足且加工过程复杂，在使用时有一定的局限性[1–2]。高分子材料具有质量轻、化学结构灵活、耐湿热性能优异等特点[3]，尤其在其改性之后能够具备良好的导电性能，因此导电高分子材料正在初步取代传统的电子材料[4]。目前常见的导电高分子材料主要分为两种，一是本征型导电高分子材料，即通过分子设计的方法，使其材料结构内的π共轭结构能够提供一定数量导电载流子，由原来的绝缘材料转化为导电材料[5]，二是填充型导电高分子材料，即在高分子基体中加入一定的导电填料，使其在分子内部形成能够传递电子的粒子链[6]。笔者在对不同导电高分子材料制备方法进行总结的基础上，讨论了其在电子电器、生物医学以及环境保护领域的相关应用，并展望了导电高分子材料未来的研究发展方向。

1 导电高分子材料的制备 二十世纪七十年代， C. K. Chiang等[7]首次制备出了具有导电性能的聚乙炔，导电高分子材料的概念开始兴起，经过四十年的深入研究和发展，各种新型导电高分子材料不断被开发出来，并在电子设备、航天航空以及工业材料领域中展现出广阔的应用潜力。本征型导电高分子材料和填充型导电高分子材料虽然都具有良好的导电性能，但是合成方法及综合性能有一定的区别，在实际生产中，应当根据高分子材料的使用范围即技术要求选择适当的制备方法。