复合型导电高分子材料导电性能影响因素研究概况_周祚万

ZnOw晶须及ZnOw/NR复合材料的研究摘要：本文介绍了制备氧化锌晶须的两种方法，包括气相法和液相法。

分别举例说明了两种方法的原理、操作方法和不足之处。

考虑到不同的制备方法对氧化锌晶须的性能有不同程度的影响，本文主要以液相法生成氧化锌晶须为例，说明了反应物的配比、初始锌离子的浓度和反应温度等影响因素。

最后主要描述了ZnOw/NR复合材料的导电性能、强度和抗老化性能和其应用。

关键词：氧化锌晶须气相法液相法影响因素ZnOw/NR复合材料性能应用1、引言晶须包括金属晶须、无机晶须和聚合物晶须。

而高分子改性所用的晶须主要有聚合物和无机晶须。

氧化锌晶须属于无机晶须，它是生长成四针状的单晶体微纤维，四根针均从中心向空间三维方向展开，这在晶须中是独一无二的。

目前氧化锌晶须作为复合材料的增强与改性成分，已制成的多种耐热、耐磨、耐腐蚀、高强度的新型高性能材料被广泛应用于机械、电子、汽车等工业领域。

2、氧化锌的制备和影响因素2.1制备方法2.1.1气相法气相法包括预氧化气化法、预氧化催化氧化法、平衡气量控制法，其中，预氧化气化法是将锌粉置于水或其它介质中浸泡70h以上，然后烘干，使其表面生成一层氧化膜，然后将其至于加热炉中，在含氧气氛中加热，最佳温度为900~1100℃加热时间为30~90min。

该法所得产品纯度和产率均较高，但对设备要求较严。

2.1.2液相法在高碱度条件下，以液相—恒温陈化法制备出形貌较好、纯度较高的氧化锌晶须。

该法的工艺简单，反应条件温和，且制备出的晶须性能良好。

2.2制备氧化锌的影响因素不同的制备方法，影响因素影响的结果是不相同，我们主要介绍液相法制备氧化锌晶须的影响因素，其影响因素如下：（1）反应物的配比的影响：在杜娜等人的研究基础上，发现制备氧化锌晶须存在最适宜的物质的量比范围，当物质量比超出这个最佳物质的量比范围，晶须产率都会有不同程度的降低。

（2）初始锌离子的浓度影响：其他反应条件相同，初始反应浓度的不同影响初始生成的晶核的数量，杜娜等人的研究证明：当反应物浓度较小，形成的晶核没有足够的生长基元使之成为长径比足够大的晶须；反应物浓度增大后，晶体按照其生长习性生长成为长径比更大的晶须；合成氧化锌晶须较为合适的初始锌离子浓度为0.2~0.3mol/L 。

导电高分子材料的研究进展及其应用摘要：本文讲述了导电高分子材料的起源、分类以及特点。

综述了导电高分子材料的研究进展及其在各个领域的应用。

关键词导电高分子研究进展应用一、引言1958 年Natta 等人合成了聚乙炔，但是当时并没有引起其他科学家的足够重视。

自从1977年美国科学家黑格（A.J.Heeger）和麦克迪尔米德（A.G.MacDiarmid）和日本科学家白川英树（H.Shirakawa）发现掺杂聚乙炔（Polyacetylene,PA）具有金属导电特性以来[1]，有机高分子不能作为电解质的概念被彻底改变。

现在研究的有聚乙炔(Polyacetylene, PAC)、聚吡咯(Polypyrroles,PPY)、聚噻吩(Polythiophenes, PTH)、聚苯胺(Polyaniline,PAN)、聚对苯(Polyparaphenylene, PPP)、聚并苯(Polyacenes,PAS)等,具有许多特殊的电、光、磁和电化学性能。

也因此诞生了一门新型的交叉学科-导电高分子。

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。

所谓导电高分子是由具有共轭∏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。

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。

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, 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。

因此, 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30多年的发展，导电高分子已取得了重要的研究进展。

二、导电高分子材料的分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。

Conductive Polymer-Composite Sensor for Gas Detection Maximiano V. Ramos, Ahmed Al-Jumaily and Venkata S. PuliDiagnostics and Control Research CentreEngineering Research Institute,Auckland University of Technology, Auckland, New Zealand*************.nz, ***************.nzAbstractConductive polymers with carbon black filler were prepared for gas sensor application utilising ultrasonic mixing. The composite sensors were exposed to different types of gases and the resulting changes in the resistivity were recorded. The effects of ultrasonic mixing and sensitivity of the composite sensor to various organic gases were examined.Keywords: gas sensor, carbon black, PMMA, ultrasonic, mixing1 IntroductionThere has been great interest in the study of conductive polymer composites for various industrial applications. Mixing conductive particles with insulating polymers can modify its electrical properties. The most common conductive filler used is carbon black (CB). The CB/polymer composites have been studied for their Positive Temperature Coefficient (PTC) effect and gas vapour sensing applications [1-9].Some electrically conductive polymer composites show PTC behavior during one temperature range followed by negative temperature coefficient (NTC) behavior during the next range. The change normally occurs at a well-defined switching temperature. The switching temperature may be defined as the temperature below which the composite exhibits PTC characteristics and above which the composite exhibits NTC characteristics. Providing that certain conditions are fulfilled, it has been demonstrated in several moderately high temperature applications that mixing polymers with some types of conductive filler such as CB can produce a composition with a temporary electrical conductivity [1]. This is attributed to the forming of a chain of filler particles (network) that are close enough for an electrical current to flow at certain temperatures and generate heat. This phenomenon is known as percolation. The point at which the network is formed is called the percolation point/limit. Studies have shown that the electrical property of the composite is a direct function of the morphology and location of the CB in the polymer [8-11].Different methods of preparing CB/polymer composites have been employed to improve properties of the material. Some used physical mixing of CB and the polymer matrix and the composite powders are cross-linked [7,8, 10]. Others used in-situ polymerization in the presence of CB [2]. They are also prepared by melt-mixing or solution mixing where CB is mixed with a polymer matrix dissolved in a solvent [3, 9]. For most of these methods, it is difficult to attain good dispersion of the CB into the polymer matrix which affects the percolation limit of the composite. This is due to the strong agglomeration tendency of the CB, limited shear force of the mixer and the high viscosity of the polymer solution.Previous investigations have shown that ultrasonic treatment results in the formation of homogeneous mixtures of both powders [11] and liquids [12]. In this paper, the effect of ultrasonic mixing of CB and polymer powders on the percolation limit of their composites is presented. The composites prepared by this method are tested for their effectiveness for organic gas sensing applications. The main purpose of this composite is two fold. First it is intended to develop an organic gas detector. Once this detector is produced, calibration will be conducted to produce a gas sensor which is capable of measuring the gas concentration in an environment.2 Experimental Procedure Carbon black (CB) powder from Denka Chemicals and poly(methyl methacrylate) (PMMA) beads from ACROS Chemicals were used to prepare the conductive polymer composites. Different ratio of CB and PMMA powders were subjected to ultrasonic mixing using a VibraCell (Sonic and Materials Inc.) ultrasonic mixer. The homogeneous powder mixture was then dissolved in acrylonitrile solution.To produce a gas-detector/sensor, a pasty composite solution of CB/PMMA was uniformly coated onto glass strips fitted with two parallel coils of copper wires serving as electrodes.The main intention of this device is to be used to detect the presence of gas as well as its concentration. To calibrate this, the electrical resistance of the composite has to be determined under various organic gases and at different concentrations.The electrical resistance was recorded using a Hewlett Packard 34401A digital multimeter in the four-wire mode. The change in the electrical resistance of the composites when exposed to organic vapours was determined. Vapours of volatile liquids were generated using a closed glass chamber. A given volume of liquid was injected into the chamber, which had a known volume. The molar vapour concentration c vapor (ppm) was calculated using the sample density d (g/L), molar mass MM (g/mol) and volume V sample (L), as well as the chamber volume V chamber and the molar volume of air (22.4 L/mol):c vapor = [(d x V sample )/MM]/[V chamber /22.4] (1)When the electrical resistance of the composite approached its equilibrium value, the composite sensor was removed from the closed vessel and the change in electrical resistance in air was recorded.3 Results and Discussion The measured resistivity of the CB/PMMA composites is shown in figure 1. This figure shows the variation of the resistivity with % CB by weight in the composites.Figure 1: Resistivity of CB/Carbon Black composite vs. % Carbon Black. It is indicated that as the % CB increases, the resistivity of the composite decreases. The percolation point is located between 2 % to 5 % CB. This value is lower than the values reported in other CB/PMMA composites which were found to display percolation of more than 10 % CB [9]. Figure 2 shows the change of resistivity of the composite sensor when exposed to acetone vapour. The dashed line defines the vapour absorption and desorption zone. This gives a typical dependence of composite resistance on time when exposed to gas vapour. The composite sensor used has 10% CB content. Composite resistance increases during organic vapour absorption and returns to the initial value when vapour desorbs completely in air.300350400450500550R e s i s t i v i t y (o h m s )Time [s]Figure 2: Typical electrical resistance response of CB/PMMA composite to acetone vapour ( 120.6 ppt).The relative electrical resistance response is defined as:(R t – R o )/R o (2)where R o is the initial resistance of the composite and R t the transient resistance upon exposure to the gas vapour.The relative electrical response of CB/PMMAcomposite sensor when exposed to acetone vapour is given in figure 3. The change of electrical resistance in the sensor was monitored when the sensing elementwas exposed to gases. It is clearly indicated that therelative resistivity increases with the time of exposureto the vapour. Repeating the same tests on other gases will produce a trend identical to figure 3. This implies that if several tests are conducted on variousgases, one can establish a trend which will be used asa scale for the sensor.Different vapours will result in different dependencies of electrical response on vapour concentration. This may then be used to quantify and distinguish different vapour species. Currently the authors are obtaining some more experimental results which we anticipate to put in the final version of the paper.The absorption and desorption kinetics of the CB/PMMA composite in acetone vapour were modelled using the transient response data shown in Figure 2. The model for the transient response is assumed to be given by a sum of exponentials such as:R t = R ∞ + Ae -αt + Be -βt + Ce -γt + (3)The transient response model for the adsorption stage is estimated by the equation:R t = 518-237.68e -0.00003304t +30.25e -0.000070t (4)This gives a reasonable agreement with the transient response data obtained from the experiments as shown in Figure 3.For the desorption stage, the response model is given by:R t =309.396+140.36e -0.00036514t +49e -0.002t (5)Again, very good agreement between the response model and the experimental data is observed for the desorption stage as shown in Figure 4. It is alsoapparent that the time response in the desorption stageis much faster than in the adsorption stage. For the slowest pole the desorption stage is faster than theadsorption stage by a factor of 10. 00.10.20.30.40.50.60.71000020000300004000050000600007000080000Figure 3: Time dependencies of relative electrical resistance response of CB/PMMA composite in acetone vapours (120.6 ppt).Figure 4: Transient resistance response model of CB/PMMA composite in acetone vapours (120.6 ppt)-(adsorption stage).Figure 4: Transient resistance response model of CB/PMMA composite in acetone vapours (120.6 ppt)- (desorption stage). 4 Conclusion The results have shown that CB/PMMA composite has potential for detecting gas vapours. The use of ultrasonic mixing to prepare the compositehas improved the homogeneity of the composite mixture and results in lower percolation rate for CB.The CB/PMMA composites should be tested withvarious types of gas vapours at different concentrationand obtain a kinetic model of the gas detection system.(R t – R o )/R o5 References[1] Al-Jumaily, A.M., Kadhum, H., “ IntelligentConductive Polymer for Combined Sensing-Heating Application”, Proceedings of theInternational Conference on the Science and Technology of Synthetic Metals, ICSM 04, Wollongong, Australia, June 28-July 2,2004. Time [s] [2] Dong, X.M., Fu, R.W., Zhang, B., Rong, M.Z.,“Electrical resistance response of carbon black filled amorphous polymer composite sensors toorganic vapors at low concentrations”, Carbon , pp 2551-2559, 42 (2004).[3] Quercia, L., Loffredo, B. 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导电高分子材料的导电性能研究随着科技的不断发展，导电高分子材料在电子工业、能源领域以及生物医学领域中得到了广泛应用。

导电高分子材料具备传统高分子材料的特点，如轻质、柔性、可塑性好等，同时还具有较好的导电性能，使其在许多领域成为研究的热点。

众所周知，传统塑料是不导电的，这限制了其在电子器件等领域的应用。

然而，通过在高分子材料中加入导电填料，如金属粉末、碳纳米管等，可以改变传统高分子材料的导电性能。

导电填料的添加可以形成电子传导路径，从而实现高分子材料的导电性。

因此，导电高分子材料的导电性能研究具有重要意义。

一种常见的导电高分子材料是聚苯乙烯/碳纳米管复合材料。

研究表明，当碳纳米管的含量达到一定比例后，聚苯乙烯/碳纳米管复合材料的导电性能得到显著提高。

这是因为碳纳米管具有优异的导电性能，在聚合物基体中形成导电网络，从而实现导电性。

目前，研究人员还在不断探索不同类型的导电填料及其在高分子材料中的导电机制，以实现更好的导电性能。

此外，导电高分子材料的导电性能还受到一系列外界条件的影响。

例如，温度是影响导电高分子材料导电性能的重要因素之一。

随着温度的升高，导电高分子材料的导电性能会发生变化。

这是因为温度的升高会影响导电填料与高分子材料之间的相互作用力，从而影响导电性。

因此，对导电高分子材料在不同温度下的导电性能进行研究，对于了解其导电机制具有重要意义。

此外，导电高分子材料的导电性能还受到填料的形态和分散性的影响。

研究发现，填料的形态和分散性对导电高分子材料的导电性能有显著影响。

例如，碳纳米管的长度、直径和形态都会对导电效果产生影响。

当碳纳米管长度相对较短且形态较分散时，其导电性能较好。

因此，在研究导电高分子材料的导电性能时，还需要考虑填料的形态和分散性，以获得更准确的结果。

除了上述因素外，导电高分子材料的导电性能还受到填料含量和高分子材料基体性质的影响。

研究发现，填料含量的增加会显著提高导电高分子材料的导电性能。

导电高分子复合材料综述导电高分子复合材料是一种结合了导电填料和高分子基体的非金属导电材料。

由于其优异的导电性能和高分子材料的良好工艺性能，导电高分子复合材料在电子、电器、电磁波屏蔽、静电防护等领域得到了广泛应用。

本文将从导电填料、高分子基体、制备方法和应用领域等方面综述导电高分子复合材料的研究进展。

导电填料是导电高分子复合材料中的关键组成部分。

目前常用的导电填料包括金属填料、碳黑、导电纤维和导电聚合物等。

金属填料具有良好的导电性能，但其加工性差，易生锈。

碳黑填料性能稳定，但存在聚集现象，导致流变性能下降。

导电纤维可以提供较高的导电性能，但通常与高分子基体的相容性较差。

导电聚合物由于能够形成连续的导电网络，并且可以与高分子基体较好地相容，因此成为近年来发展的研究热点。

高分子基体对导电高分子复合材料的力学性能、导电性能和工艺性能等起着重要影响。

常用的高分子基体包括聚合物树脂、热塑性弹性体和热塑性聚合物等。

聚合物树脂由于具有良好的力学性能和化学稳定性，因此广泛应用于导电高分子复合材料。

热塑性弹性体由于可以在一定温度范围内恢复弹性，因此在导电弹性体材料中得到了广泛应用。

热塑性聚合物由于具有良好的工艺性能，在导电高分子复合材料中也得到了较好的应用效果。

制备方法是影响导电高分子复合材料性能的关键因素之一、常用的制备方法包括溶液共混法、熔融共混法、反应挤出法和电沉积法等。

溶液共混法通过将导电填料和高分子基体溶解在适当的溶剂中，然后通过挥发溶剂的方式获得导电高分子复合材料。

熔融共混法是将导电填料和高分子基体在高温下混炼，然后通过冷却固化得到复合材料。

反应挤出法是通过聚合反应实现导电高分子复合材料的制备。

电沉积法是将金属填料等导电材料沉积在高分子基体上来制备导电高分子复合材料。

导电高分子复合材料在电子、电器、电磁波屏蔽、静电防护等领域具有广阔的应用前景。

在电子和电器领域，导电高分子复合材料可以用于生产导电薄膜、导线、印刷电路板等；在电磁波屏蔽领域，导电高分子复合材料可以用于制备导电涂层和导电材料；在静电防护领域，导电高分子复合材料可以用于制备静电消除器和防静电材料。

导电高分子材料在光电应用中的研究随着科技的不断进步，光电子技术在我们的生活中扮演着日益重要的角色。

而导电高分子材料作为一种新型的材料，在光电应用中展现出了巨大的潜力。

本文将探讨导电高分子材料在光电应用中的研究进展和应用前景。

首先，我们来了解一下导电高分子材料的基本性质。

导电高分子材料是一种能够传导电流的聚合物材料。

相比于传统的导电材料如金属和半导体，导电高分子材料具有重量轻、柔韧性好以及可塑性强等特点。

这使得导电高分子材料在光电应用领域中具备了独特的优势。

导电高分子材料在光电器件中的应用是研究的热点之一。

目前，已有许多导电高分子材料被应用于有机太阳能电池、有机发光二极管（OLED）以及柔性电子设备等。

以有机太阳能电池为例，导电高分子材料作为太阳能电池的光电转换层，能够将太阳能有效转化为电能。

同时，导电高分子材料的柔性特性使得太阳能电池具备了更大范围的应用空间，可以被应用于建筑外墙、交通工具以及可穿戴设备等。

另外，导电高分子材料在光电储能领域也有广阔的应用前景。

光电储能技术是未来能源领域的重要方向之一。

通过将能量转化为电能并存储起来，实现高效利用。

导电高分子材料由于其导电性，可以被应用于光电储能设备中的电池、超级电容器等。

这不仅能够提高储能设备的性能，还可以大大提高储能设备的可靠性和寿命。

然而，导电高分子材料在光电应用中仍面临一些挑战。

首先是导电性能的稳定性问题。

由于导电高分子材料易于因光照、湿度以及温度等环境条件的变化而导致性能的衰减，因此需要通过合理的结构设计和材料改性来提高导电性能的稳定性。

此外，导电高分子材料的制备成本也是一个挑战。

目前，导电高分子材料的制备方法相对复杂且成本较高，需要进一步的研究和发展来降低成本，提高制备效率。

综上所述，导电高分子材料在光电应用中具有巨大的发展潜力。

随着科技的进步和人们对绿色能源的需求增加，导电高分子材料将在太阳能电池、发光二极管、电池等光电器件中发挥重要作用。

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。

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)。