本征型导电高分子

导电高分子材料高分子材料自问世至今，已经有一百多年的历史。

1856年硝化纤维作为第一个塑料专利问世，20世纪60年代；许多性能优良的工程塑料相继投入工业化生产；20世纪80年代，材料科学已渗透各个领域，可以说已经进入高分子时代。

大多数高分子材料都是不导电的，因而高分子材料被广泛地作为绝缘材料使用。

1862年，英国Letheby在硫酸中电解苯胺而得到少量导电性物质；1954年，米兰工学院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4为催化剂制得聚乙炔；1970年，科学家发现类金属的无机聚合物聚硫氰(SN)x具有超导性，有机高分子与无机高分子导电聚合物的开发研究合在一起开始了探寻之旅。

1974年日本筑波大学H.Shirakawa在合成聚乙炔的实验中，偶然地投入过量1000倍的催化剂，合成出令人兴奋的有铜色的顺式聚乙炔薄膜与银白色光泽的反式聚乙炔。

1980年，英国Durham大学的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。

1983年，加州理工学院的H.Grubbs以烷基钛配合物为催化剂将环辛四烯转换了聚乙炔，其导电率达到35000S/m，但是难以加工且不稳定。

1987年，德国康采思巴斯夫公司BASF科学家N.Theophiou对聚乙炔合成方法进行了改良，得到的聚乙炔电导率与铜在同一数量级，达到107S/m。

导电高分子材料的研究和发展开始逐渐走向成熟，并且亟待着可以走向应用领域，导电高分子材料已经在功能高分子材料及导电体中占有重要的地位。

一.导电高分子的定义与导电机理导电高分子又称为导电聚合物，是由具有共轭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。

导电高分子材料是一类兼具高分子特性及导电体特征的高分子材料。

按结构和制备方法不同，可将导电高分子材料（CPs）分为复合型与本征（结构）型两大类。

结构性导电高分子本身具有“固有”的导电性，由聚合物结构提供导电载流子（包括电子、离子或空穴）。

导电高分子材料的分类及应用王英【摘要】导电高分子材料具有高电导率、半导体特性、电容性、电化学活性,同时还具有一系列光学性能等, 具有与一般聚合物不同的特性。

本文介绍了近几年来导电高分子材料的研究进展及其在各个领域的应用。

并根据导电高分子材料的研究和应用现状分析了其今后的研究趋势,并展望了其应用前景【关键词】导电高分子 ; 导电机理 ; 应用0 前言自从 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,有机高分子不能作为电解质的概念被彻底改变。

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。

1 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。

1.1 结构型导电高分子结构型导电高分子材料是指本身具有导电性或经掺杂后具有导电性的聚合物材料, 也称作本征型导电高分子材料, 是由具有共轭∏键或部分共轭∏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,如聚吡咯 (PPy、聚苯胺 (PAn、聚乙炔 (PA等。

导电涂层分类
导电涂层可以根据不同的分类标准进行分类。

以下是常见的分类方式：
1. 根据应用材料分类：导电涂层可以分为本征型和掺杂型。

本征型导电涂料是以导电高聚物为成膜物质的涂料，而掺杂型导电涂料则是利用导电物质如金属粉末、碳黑、金属氧化物等掺杂到涂层中来提高其导电性能。

2. 根据溶剂类型分类：导电涂层可以分为水剂体系和有机溶剂体系两类。

3. 根据成膜方式分类：导电涂层可以分为冷干燥型、热固化型和紫外固化型三大类。

4. 根据涂料组成和作用机理分类：导电涂层可以分为结构型（本征型）和填充型（复合型）两种。

其中，填充型导电涂层是目前较为常见的一种，其制备原理是将具有导电性能的填料添加到高分子聚合物中，再通过一定的加工工艺形成涂层。

此外，根据使用要求和性能特点，导电涂层还可以分为透明导电涂层、防静电涂层、电磁屏蔽涂层等。

透明导电涂层主要用于制造透明显示屏幕、触控面板等；防静电涂层主要用于防止静电对电子设备造成损害；电磁屏蔽涂层主要用于屏蔽电磁波对电子设备的影响。

总的来说，导电涂层的分类方式多种多样，可以根据具体的应用场景和需求进行选择。

不同类型的导电涂层具有不同的性能特点，适用于不同的领域和用途。

四种导电涂料的特征及用途详解功能导电涂料是伴随现代科学技术而迅速发展起来的特种功能涂料，至今约有半个世纪的发展历史。

1948年，美国公布了将银和环氧树脂制成导电胶的专利，这是最早公开的导电涂料。

我国也在20世纪50年代开始研究和应用导电涂料。

近几十年来，导电涂料已在电子、电器、航空、化工、印刷等多种军、民用工业领域中得到应用。

与此相应，导电涂料的理论研究也得到迅速发展，并促进了应用技术的日益成熟与完善。

导电漆就是能用于喷涂的一种油漆干燥形成漆膜后能起到导电的作用，从而屏蔽电磁波干扰的功能。

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。

具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。

导电漆就是用导电金属粉末添加于特定的树脂原料中以制成能够喷涂的的油漆涂料。

种类导电涂料根据应用特性，可以归纳为四大类：1.作为导电体使用的涂料，如：混合式集成电路，印刷线路板，键盘开关，冬季取暖和汽车玻璃防霜的加热漆，船舶防污涂料等。

2.辐射屏蔽涂料，如无线电波，电磁波屏蔽。

3.抗静电涂料4.其他，如电致变色涂层，光电导涂层。

对于导电涂层的导电性能，通常有三种表征：体积电阻率或电导率；表面电阻率；静电衰减率。

本征型本征型导电涂料是指以本征型导电聚合物为成膜物质所制成的导电涂料。

导电高分子用于导电涂料的制备方法大多集中在直接利用导电高分子作成膜树脂、导电高分子与其他树脂混合使用、导电高分子材料作为导电填料使用等方面，其中最典型的代表有聚苯胺、聚吡。

功能高分子—上篇—李晓东篇第一章功能高分子材料总论I 功能高分子材料概述★什么是功能高分子材料？高分子主链上或支链上加上一种或几种具有某些特殊性质的基团，使它能在光、电、磁、阻燃和耐高温等性能方面有特殊的性质，对物质的能量和信息具有传输、转化或贮存的作用。

★功能高分子材料如何分类？①按照性质和功能分为：反应型高分子、光敏高分子、电活性高分子、膜型高分子功能、吸附性高分子、高性能工程材料、高分子智能材料；②按照用途分为：医用高分子、分离用高分子、高分子化学反应试剂、高分子染料。

II功能高分子材料的结构与性能的关系★功能高分子的结构层次如何划分？元素组成、官能团结构、链段结构、微观构象结构、超分子结构和聚集态、宏观结构。

（由微观到宏观）★功能高分子材料的构效关系指什么？结构的变化产生性能变化之间的关系★官能团的性质与聚合物功能之间有什么关系？I.功能高分子的性质主要取决于所含的官能团；II.功能高分子的性质取决于聚合物骨架与官能团的协同作用；III.官能团与聚合物不可区分；IV.官能团在功能高分子中起辅助作用。

（骨架作用越来越大）★聚合物骨架有何作用？I.溶解度下降效应；II.机械支撑作用；III.模板效应；IV.稳定作用；V.其他作用。

★简述聚合物骨架的种类和形态。

主要有线性聚合物、分支聚合物、交联聚合物：I.以聚乙烯、聚苯乙烯、聚苯醚等为代表的饱和碳链型聚合物；II.以聚酯、聚酰胺骨架为代表的聚合物；III.以多糖和肽链为代表的大分子；IV.以聚吡咯、聚乙炔、聚苯等为主链带有线性共轭结构的聚合物；V.以聚芳香内酰胺为主链的梯形聚合物。

★简述高分子材料与功能相关的性质。

①聚合物的溶胀和溶解性质(溶剂分为两性溶剂、溶胀剂和非溶剂。

其交联度和溶胀度成反比主要是因为交联度越大，网隙率越小，溶剂越难渗入)②聚合物的多孔性；③聚合物的渗透性；④功能高分子的稳定性（机械稳定性和化学稳定性）。

III功能高分子材料的制备策略★简述功能高分子材料的制备的常用方法。

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。

第二章导电性高分子材料近年来，随着集成电路和大规模集成电路的迅速发展，电磁波及静电等问题给我们的生活带来了很大损失。

随着电子线路和元件越来越集成化、微型化、高速化，使用的电流为微弱电流，致使控制信号的功率与外部侵入的电磁波噪音功率相接近，因此容易造成误动作、图象障害和音响障害，妨碍警察通讯、防卫通讯、航空通讯，造成卫星总装调试障碍等等，其后果是可想而知的。

导电高分子材料就是为了解决这些实际应用中的问题而发展起来的。

第一节导电高分子材料概述我们通常所见到的聚合物通常是不导电的绝缘体，但自从美国科学家A.F.Heeger和Macdiarmid发现聚乙炔具有明显导电性质之后，有机聚合物不能导电的观念被打破了。

根据已有的制作水平，经加碘掺杂的聚乙炔的导电能力已经进入金属导电的范围，接近室温下铜的导电率。

有人称其为金属化聚合物，或称合金金属，有机聚合物的电学性质从绝缘体到导体的转变促进了分子导电理论和固态离子导电理论的发展，从而引起了众多科学家的关注，成为有机化学中的研究热点。

在抗静电、电磁波屏蔽以及显示材料、半导体器件等方面都取得了重大进展。

1.1高聚物的导电特点“导电”就是电可以通过。

这里所指的电不完全是我们常见的那种一按开关机器就能动作、电灯就能发光的那种电，它还包括弱电、静电、电磁波等日常生活中我们并不注意的一些现象。

材料的导电性通常是用电阻值来衡量的。

金属材料是人们最熟悉的导体，它的电阻值一般在105欧姆厘米以下。

对于导电高分子材料来说，根据以上所说的不同种类的电，很容易明白其电阻值应处于一个较宽的范围内。

通常的划分方法是：以电阻值1010欧姆厘米为界限，在此界限以上为绝缘高分子材料，在其以下统称为导电高分子材料。

材料的导电性是由于材料内部存在的带电粒子的移动引起的。

这些带电粒子可以是正、负离子，也可以是电子或空穴，通常称为载流子。

载流子在外加电场的作用下沿电场方向移动，就形成电流。

材料导电性的好坏与物质所含的载流子的数目及其运动速度有关，载流子的浓度和迁移率是表征材料导电的微观物理量。

根据材料获得抗静电功能的工艺方法不同，可以把防静电包装材料的制造方法分为抗静电剂处理型、导电材料填充型、镀层型、涂层型、表面改性型、结构导电聚合物。

一是抗静电剂处理型防静电包装材料。

用抗静电剂对包装材料表面进行处理或进行深层复合处理，以降低原来材料的电阻，提高导电性，从而达到消除静电的目的。

一般而言，抗静电剂处理工艺简单、成本较低、生产方便，对设备无特殊要求，因而在实际生产中占有一定的地位。

抗静电剂按工艺方法分为外用抗静电剂和内部抗静电剂两大类。

内部抗静电剂的防静电效果较外用抗静电剂为好，设计时一要充分考虑内部抗静电剂向表面补充迁移的速度，二要注意不污染包装件，特别是药物和食品更应符合有关安全卫生标准。

二是导电填料填充型防静电包装材料。

所谓导电填料，是能赋予导电性能的一类物质。

其种类繁多，按其性能来分主要有5种系列，即金属系、碳系、金属氧化系、金属化纤维系、有机高分子系。

对填充型防静电包装材料研究得较多的是炭黑体系填充防静电材料，用得最多的是工业炭黑，特使是乙炔黑和高温石墨化炭黑，因其结构稳定，不易氧化，容易在高分子中形成伸展的链式或网状组织，可以得到优良的防静电性能。

三是镀层型防静电材料。

要在高分子填料表面形成一层导电的金属镀层，通常采用的有电镀、化学镀、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、热喷镀（涂）等工艺方法。

这些工艺均属于表面工程领域。

高分子材料电镀最常见的就是塑料电镀，其工艺步骤包括材料去油、粗化、敏化、活化、化学镀和电镀等工序，实际上它是高分子材料学和电镀学这两门学科有机地结合起来的新工艺技术。

常见的塑料基材有ABS、PP、PA、PMMA、PC、PET、PVC等。

四是涂层型防静电材料。

采用涂覆技术，将导电性涂料涂覆在绝缘性高分子材料表面形成均匀的涂层，赋予其导电性能，使之成为具有防静电功能的材料。

采用这类工艺的材料均是涂层型防静电包装材料。

五是表面改性型防静电包装材料。

在进行接枝共聚时，先用射线对单体混合物进行辐照处理，可使共聚物获得良好的抗静电性能。

金属导电漆的种类有哪些油漆在家居装修和工业生产等多种领域都有广泛运用，所以油漆的种类也有很多，今天我们来给大家说说金属导电漆是什么，以及金属导电漆种类有哪些，一起来看看吧!金属导电漆的种类有哪些什么是金属导电漆导电漆是防电磁波干扰屏蔽涂料的俗称。

导电漆是采用含铜、银等复合微粒作为导电颗粒，具有良好导电性能的一种油漆。

导电漆通过喷涂、刷涂的方法，使完全绝缘的非金属或非导电表面具有像金属一样的吸收、传导和衰减电磁波的特征，从而起到屏蔽电磁波干扰的作用。

导电漆的出现，有效的解决了非金属表面实现电联接的问题。

金属导电漆种类导电漆种类可分为本征型导电漆、掺杂型导电漆。

1：本征型导电漆本征型导电漆是以本征型导电聚合物为成膜物质所制成的导电涂料。

本征型导电漆主要应用于防腐抗静电涂料、电磁屏蔽涂料、吸波涂料等。

2：掺杂型导电漆掺杂型导电漆是指以高分子聚合物为基础加入导电物质，利用导电物质的导电作用来达到涂层电导率在10-12S/m 以上。

掺杂型导电漆又可分为以下几种：碳系导电涂料、金属系导电涂料、石墨导电涂料、金属氧化物导电涂料、纳米管导电涂料。

金属导电漆的作用生活中往往有很多材质非常适用，但因为不能导电，而被放弃，现在有了导电漆，就完全不用担心这个问题了，导电漆的发明正好解决了我们这个问题，并且它还能给我们节约很多的材料成本，也是一种非常有经济价值的油漆产品。

这种新型漆在市场上能够大卖一定有它的过人之处，考虑到导电漆的吸附能力，因此，导电漆一般都是涂在PC、ABS等非金属材料的表面，这样就可以当作金属导电使用，大大改进了我们的生活，如果其它的地方也确实需要适用导电漆，施工人员一般都会再导电漆的下面在涂上一层打底漆，以保证导电漆的吸附能力，让它效果到达最优化，延长它的使用寿命。

金属导电漆喷涂价格是多少由电镀银粒子制作而成的防电磁干扰的油漆，有着便捷、附着力好、省时省工、内聚力较强、平整、无疏松等特点。

适用于复合材料、金属为基础的计算器、手机、精密仪器等壳内的喷涂。