高性能导电聚合物的制备与应用

高性能含氟聚合物研究应用进展　

卿凤翎　

（中国科学院上海有机化学研究所，上海２０００３２）　

文摘　简要论述含氟聚合物合成方法、耐低温氟醚橡胶、含氟特种油和环境友好含氟聚合物的近期进　展，同时介绍了我国舍氟聚合物的研究和生产现状，并对我国含氟聚合物的发展提出一些建议。　

关键词含氟聚合物，应用，进展　

Ｒｅｃｅｎｔ　Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｏｆ　Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ　Ｐｏｌｙｍｅｒｓ　

Ｑｉｎｇ　Ｆｅｎｇｌｉｎｇ　

（Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００３２）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ　ｅｘｈｉｂｉｔ　ａ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｈｉｇｈ—ｔｅｎ－　

ｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｅｎｅｒｇｙ．Ｔｈｅ　ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ　ｈａｖｅ　ａｌｗａｙｓ　ｂｅｅｎ　ｃｌｏｓｅｌｙ　ｌｉｎｋｅｄ　ｔｏ　

ｍｉｌｉｔａｒｙ　ａｎｄ　ｓｔｒａｔｅｇｉｃ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ’Ｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎｔｅｒｅｓｔ，ｔｈｉｓ　ｒｅｖｉｅｗ　ｔａｋｅｓ　ａ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｌｏｏｋ　ａｔ　ｒｅｃｅｎｔ　

ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ，ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ　ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ，ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ　ｏｉｌ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｆｒｉｅｎｄｌｙ　ｆｌｕｏｒｉ－　

ｎａｔｅｄ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，Ａｄｖａｎｃｅ　

1 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。

导电高分子材料的进展及应用

近年来，随着电子信息技术的迅猛发展，导电高分子材料越来越受到人们的关注。导电高分子材料不仅具有普通高分子材料的优良性能，还具有良好的导电性、导热性、光学特性和机械性能。在传感器、聚合物太阳能电池、有机发光二极管、导电墨水等领域具有广泛的应用前景。

目前，导电高分子材料的研究热点主要包括三大方面：第一，寻求新型导电高分子材料，如类金属、碳基高分子材料等，以提高材料的导电性和稳定性；第二，研究合成导电高分子材料的新方法，如单体共聚合法、离子液体法等，以提高材料的性能和制备效率；第三，开发导电高分子材料的新应用，如导电隔热材料、柔性电子器件等，以拓宽其应用范围。

其中，类金属和碳基高分子材料是当前研究的重点。类金属高分子材料由于具有良好的导电性和机械性能，已被广泛应用于传感器、聚合物太阳能电池等领域。碳基高分子材料因其具有嵌入式的碳元素，不仅具有好的导电性和机械性能，还具有优异的化学稳定性和生物兼容性，因此也具有广泛的应用前景。

另外，导电高分子材料的制备方法也得到了不断的改进。单体共聚合法是当前研究的热点之一。该方法可以将不同单体进行共聚合，以得到具有多种性质的高分子材料；离子液体法则可制备无机-有机复合材料，以提高材料的导电性和稳定性。

最后，导电高分子材料的应用前景也十分广阔。导电隔热材料是目前研究的热点之一，其可以用于隔热材料和导热材料。同时，柔性电子器件也是导电高分子材料的研究热点。相较于传统的硅基材料，导电高分子材料更加轻薄柔软，可以制成柔性电子器件，应用于可穿戴电子、智能家居等领域。

总之，导电高分子材料具有广泛的应用前景，并且其研究重点逐渐向新材料、新方法、新应用领域发展。相信在不久的将来，导电高分子材料将会得到更广泛的应用。

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。