第三章 导电高分子
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导电高分子材料所谓导电高分子是具有共轭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具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或对阳离子。
导电聚合物最引人注目的一个特点是其电导率可以在绝缘体-半导体-金属态较宽的范围里变化。
这是目前其他材料所无法比拟的。
分类,按照材料的结构与组成,可将导电高分子分成两大类。
一类是结构型导电高分子,另一类是复合型导电高分子。
结构型导电高分子的导电机理为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:一要能产生足够数量的载流子,二是大分子链内和链间要能够形成导电通道。
在离子型导电高分子材料中,聚醚,聚酯等的大分子呈螺旋体空间结构,与其配位络合的阳离子在大分子链段运动作用下,就能够在螺旋孔道内通过空位迁移;或被大分子溶剂化了的阴阳离子同时在大分子链的空隙间跃迁扩散。
对于电子型导电高分子材料,作为主体的高分子聚合物大多为共轭体系,长链中的Π键较为活泼,特别是与掺杂剂形成电荷转移络合物后,容易从轨道上逃逸出来形成自由电子。
大分子链内与链间Π电子轨道重叠交盖所形成的导电能带为载流子的转移和跃迁提供了通道。
在外加能量和大分子链振动的推动下,便可传导电流。
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,层级复合,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物质如炭黑,金属粉等获得的。
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,人们对他们有着极大的兴趣。
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)。
导电高分子
1 简介
导电高分子(Conducting Polymer,简称CP)物质,是一种新兴材料,由分子能够集体电子迁移而具有电导能力的高聚高分子制成,经常用于电子、磁性、光电子以及功能结构材料等领域。
CP的性能与制作方法非常具有可调节性,且其具有半导性特征,是研究纳米科学的重要对象。
2 合成方法
CP的合成方法大致可分为两类:一类是离子交换法,其根据该材料的环状结构以及所要协调的离子态而制备;另一类则是酯化法,该法在合成中可表现出其高灵活性及改变性,而通过改变蒸发性有机试剂的组成和分子量,可以在一定程度上调节不同CP材料的电性能及结构性能。
3 特性
CP有一些自身独特的性质,如良好的机械性能,高的光、热稳定性以及可用于制作复合材料,以实现包括可膨胀性能、高分子生物功能等多种功能与应用。
CP具有柔韧性、透明性和低碳可逆耗散之外,在可以调节功能传感器、敏感元件、电子学应用以及多孔性介观结构等领域拥有广泛的应用。
4 实际应用
CP是材料科学家和工程师关注的重点材料,在包括氢能转换和扩散、农用化学、储能裂解、触摸屏显示器、有机电路和有机太阳能电池等多个领域具有重要应用价值,并对物理、化学、电子以及材料等多个学科具有重要性。
5 结语
CP是一种具有多重用处的新型材料,其非常符合更绿色、清洁及可持续发展社会需求,使CP在有机材料中越来越受到重视,也引起了各行各业的重视。
CP的利用有助于环境的保护、社会和经济的发展,对于社会经济的发展将发挥重要作用。
导电高分子的原理导电高分子是一种特殊的高分子材料,它具有导电性能,可以实现电流的传导。
导电高分子的原理涉及到材料的分子结构和电子运动机制。
导电高分子的分子结构在普通高分子材料的基础上经过了特殊设计和改性。
一般来说,导电高分子内部含有一定比例的导电剂,如导电填料或导电聚合物。
导电填料可以是金属颗粒、纳米碳管等,而导电聚合物则由特殊的导电单体聚合而成。
导电剂的加入使得高分子材料具有了导电能力。
导电剂在导电高分子中起到了载流子的提供和导电通道的形成的作用。
导电剂内部存在着大量的自由电子,这些自由电子能够在外加电场的作用下移动并负责电流的传导。
当外加电场作用于导电高分子时,导电剂中的自由电子开始运动,并通过导电通道在高分子材料内部传导电流。
导电高分子的导电机制可以分为两种类型,即注入型导电和本征型导电。
注入型导电是指导电剂内的自由电子来源于外部电极的注入。
通常,这种导电机制需要外加电势和电极来提供自由电子。
而本征型导电则是指导电剂内的自由电子是由于导电剂本身特殊的电子能带结构而形成的,并不需要外部电极的注入。
在导电高分子中,导电通道的形成是实现导电的关键。
导电填料或导电聚合物中的导电剂能够形成导电通道,自由电子能够在通道中进行移动并传导电流。
导电通道的形成要求导电剂分散均匀,并能够形成连续的电子路径。
同时,导电高分子材料的基质也需要具有一定的绝缘性能,以增强导电通道的连续性。
导电高分子的导电性能受到导电剂含量、导电剂类型、导电剂形态以及高分子材料的性质等多个因素的影响。
一般来说,导电剂含量越高,导电性能越好。
不同类型的导电剂具有不同的导电特性,如金属颗粒导电剂具有高导电性能,而纳米碳管导电剂则具有优异的力学性能和导电性能。
此外,导电剂形态也对导电性能有影响,如导电填料的尺寸、形状和分布等。
总的来说,导电高分子通过导电剂的加入,形成导电通道并提供自由电子,从而实现电流的传导。
导电高分子材料在电子器件、传感器、电磁屏蔽等领域具有广泛应用前景。