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新型导电聚合物/磁性复合物的性能概论摘要论述了导电聚合物的结构及其特征以及导电聚合物的分类及其导电机理，并论述了近年来导电聚合物/磁性复合物的磁性能、导电性能、吸波性能、光电性能及聚苯胺等新型复合物的研究现状、导电聚合物/磁性复合物等有发展潜力的新应用领域。
关键词聚合物磁性导电复合物聚苯胺导电聚合物又称导电高分子，是指通过掺杂等手段，能使得电导率在半导体和导体范围内的聚合物。
通常指本征导电聚合物，这一类聚合物主链上含有交替的单键和双键，从而形成了大的共轭π体系。
π电子的流动产生了导电的可能性。
没有经过掺杂处理的导电聚合物电导率很低，属于绝缘体。
其原因在于导电聚合物的能隙很宽（一维半导体的不稳定性），室温下反键轨道（空带）基本没有电子。
但经过氧化掺杂（使主链失去电子）或还原掺杂（使主链得到电子），在原来的能隙产生新的极化子、双极化子或孤子能级，其电导率能上升到10~10000 S/cm2，达到半导体或导体的电导率范围。
导电聚合物分子结构20世纪70年代初，日本驻波大学的化学教授白川英树等在高催化剂浓度条件下通过碘掺杂合成了具有金属光泽的高顺式聚乙炔薄膜，带动了导电聚合物在科学领域的研究。
典型的导电聚合物有聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和它们的衍生物。
导电聚合物拥有金属的电子、电器及光学性能，并且具有传统聚合物的可加工性和力学性能。
近几年导电聚合物被用作电磁屏蔽、静电消散材料和电子包装材料，以及用作制备蒸汽传感器材料。
无机磁性材料是工业生产中使用最为广泛的磁性材料，对用于微波雷达、通信系统、电机与集成电感器等方面，而目前应用较广泛的无机材料主要是铁氧体类物质。
在导电聚合物和磁性材料成熟的情形下，人们对即导电又导磁的功能材料的兴趣越来越大，因为它们可应用于很多领域，比如电池、电化学显示设备、分子电子领域、电磁屏蔽、吸波材料和传感器等。
制备纳米复合材料传统的方法是直接高分子聚合。
导电聚合物都具有长程π电子主链结构。
导电高聚物
导电高聚物:共轭体系高聚物经过化学或者电化学掺杂，其导电性由绝缘体转变为导体的高聚物的统称。
导电高聚物由共轭高聚物链和一价对离子组成，并且对阴阳离子与高聚物链无化学键合仅仅达到正负电荷平衡。
这种聚合物在电化学氧化以后具有自身的电子传导性，足够用于做电极材料。
导电高聚物具有普通高聚物的可分子设计和合成、可加工和密度轻、结构多样化等特点，除此之外，还具有金属和n型和P型半导体的高电导率和电磁屏蔽效应。
一些导电高聚物虽不稳定，但其可以作为导电高分子的模型，具有重大的理论价值。
导电高聚物因其独特的性能，在军事、防腐、抗静电、电磁屏蔽、场效应晶体管、二次电池、分子器件和生命科学、传感器等方面都有重要应用，有些正想实用化的方向发展，尤其是燃料电池方面。
导电高聚物具有较大的比表面积、可逆的氧化还原特性、小密度和高导电率的特点，因此其是二次电池的理想材料；导电高聚物具有半导体特性并可以n型和P型掺杂，一次可以制备晶体管、电容器和发光二极管，尤其是发光二极管（ＬＥＤ），聚合物发光二极管具有颜色可调、成本低、可弯曲等优点；高度掺杂的导电高聚物对电磁波具有全反射的特性，即电磁屏蔽效应。
但是，导电高聚物也具有自身的缺点：如不稳定，它很难成为任何实用的材料；导电高聚物因其自放电导致电池不稳，其二次电池还没有市场化；聚合物发光二极管发光频率不稳定；导电高聚物的响应速度存在局限性。
高分子材料的电学性能高分子092班学号:5701109061 姓名:林尤琳摘要：种类繁多的高分子材料的电学性能是丰富多彩的。
多数聚合物材料具有卓越的电绝缘性能，其电阻率高、介电损耗小，电击穿强度高,加之又具有良好的力学性能、耐化学腐蚀性及易成型加工性能,使它比其他绝缘材料具有更大实用价值，已成为电气工业不可或缺的材料。
关键词：高分子材料电学性能静电导电介电常数高分子材料的电学性能是指在外加电场作用下材料所表现出来的介电性能、导电性能、电击穿性质以及与其他材料接触、摩擦时所引起的表面静电性质等。
电学性能是材料最基本的属性之一，这是因为构成材料的原子和分子都是由电子的相互作用形成的,电子相互作用是材料各种性能的根源.电子的微观相互作用同时是产生材料宏观性能，包括电学性能的微观基础。
在电场作用下产生的电流、极化现象、静电现象、光发射和光吸收现象都与其材料内部的电子运动相关。
深入、系统了解材料的电学性能在材料的制备、应用等方面都具有非常重要的意义。
（1）一、聚合物的介电性介电性是指高聚物在电场作用下，表现出对静电能的储存和损耗的性质。
通常用介电常数和介电损耗来表示。
（2)根据高聚物中各种基团的有效偶极距μ，可以把高聚物按极性的大小分成四类:非极性（μ＝0)：聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯等弱极性（μ≤0。
5):聚苯乙烯、天然橡胶等极性（μ＞0。
5）：聚氯乙烯、尼龙、有机玻璃等强极性（μ＞0.7）:聚乙烯醇、聚酯、聚丙烯腈、酚醛树脂、氨基塑料等聚合物在电场下会发生以下几种极化:（1）电子极化,(2）原子极化，(3）偶极极化.聚合物的极化程度用介电常数ε表示式中：V为直流电压；Qo、Q分别为真空电容器和介质电容器的两极板上产生的电荷；Q’为由于介质极化而在极板上感应的电荷.非极性分子只有电子和原子极化,ε较小;极性分子除有上述两种极化外，还有偶极极化,ε较大。
此外还有以下因素影响ε：（1)极性基团在分子链上的位置。
聚苯胺综述1、引言导电高分子材料也称导电聚合物，其分子是由许多小的、重复出现的结构单元组成，即具有明显聚合物特征；若在材料两端加上一定电压，在材料中有电流通过，即具有导电的性质。
同时具备上述两条性质的材料，称为导电聚合物。
虽然都是导电体，但导电聚合物和常规金属导电体不同。
前者属于分子导电物质，后者是金属晶体导电物质。
因此，其结构和导电方式都不同。
高分子导电材料包括结构型高分子导电材料和复合型高分子导电材料两大类。
结构型导电高分子材料又称本征导电高分子，是指聚合物获得导电性能不是通过加入导电性物质，而是由其本身结构带来的。
如掺杂后的导电高分子聚合物：聚乙炔(PAc)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)、聚苯胺(PAn)、聚苯乙烯撑(PPV)等，这类聚合物大多是具有共轭π键结构的结晶聚合物，共轭双键可以通过电子转移的氧化还原反应变成高分子离子。
复合型导电高分子材料是将各种导电性物质(高效导电粒子或导电纤维)通过分散、层合、涂敷等工艺填充到聚合物基体中。
2、聚苯胺由于导电聚合物具有良好的电学、光学以及氧化还原特性在近20年里一直备受关注，在能源、电磁屏蔽和电致变色等领域有着广阔的前景。
自从1984年MacDiarmid在酸性条件下由苯胺单体获得具有导电性聚合物，聚苯胺已成为现在研究进展最快的导电聚合物之一。
原因在于聚苯胺具有以下诱人的独特优势：a)原料易得，合成简单；b)具有优良的电磁微波吸收性能、电化学性能、化学稳定性及光学性能；c)独特的掺杂现象；d)高的电导率；e)拥有良好的环境稳定性[1,2]。
聚苯胺被认为是最有希望在实际中得到应用的导电高分子材料。
以导电聚苯胺为基础材料，目前正在开发许多新技术，例如电磁屏蔽技术、抗静电技术、船舶防污技术、隐身技术、全塑金属防腐技术、太阳能电池、电致变色、传感器元件、二次电池材料、催化材料和防腐材料[3~11]。
3、聚苯胺的结构聚苯胺有多种结构，这是由反应条件决定的，它们之间的转化关系如下[12,13]：其中，聚苯胺最重要的存在形式是翠绿苯胺（EM，emeraldine），它具有导电性，通常可以在酸性条件下（如盐酸）通过化学氧化法制得，如果氧化剂过量，翠绿苯胺就被氧化成全氧化态聚苯胺（PNB，blue protonated pernigraniline)，这种形态的聚苯胺可能具有导电性。
自19世纪70年代聚合物发明100多年以来，它一直以绝缘这一伟大优点而自豪，并在工业中特别是在包装领域得到了十分广泛的应用。
到了20世纪80年代，由于高科技的注入使导电聚合物得到很大的发展，其应用领域更加宽广。
导电高分子材料具有特殊的结构和优异的物理化学性能，使其在光电子、信息产业、航空航天等领域有着广泛的用途。
在防电磁、防静电、隐身包装（防红外、防雷达）、智能包装等方面，有着诱人的应用前景。
因此，导电高聚物是21世纪新材料研究发展和推广应用的重点。
导电聚合物（Conducitve Polymers）是指聚合物主链结构具有导电功能的聚合物，一般是以电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子受体（或供体）进行掺杂后而制得的。
导电性聚合物分为复合型、结构（本征）型、离子型三大类。
前者是在绝缘性高分子聚合物中加入碳黑、细微金属粉或镀金属的氧化物等导电物质而获得导电性能。
离子型是加入高氯酸锂等盐离子而导电，而结构型则依靠高聚物主链结构具有导电基因而赋予导电性，三者有根本的区别。
1.导电聚合物的特点与合成导电聚合物基本上是不饱和聚合物，一般采用电解聚合法合成。
并经过一定的掺杂处理而使其具有导电功能的导电高聚物。
其导电性能有如下特点。
①通过控制掺杂度，导电高聚物的电导率可在绝缘体--金属范围内（10的负9次方S/cm-10的5次方S/cm）变化，这是其他任何材料都无法比拟的。
目前最高室温导电可达10的5次方S/cm，它可与铜的导电率相媲美，而重量仅为铜的8%左右；典型导电高聚物一般导电率为10的5次方S/cm。
②导电高聚物可进行拉伸取向，沿拉伸方向电导率随拉伸度而增加，而垂直拉伸方向的电导率基本不变，呈现强的电导方向异性；③尽管导电高聚物的导电率可达金属水平，但它的电导率--温度曲线不呈现金属特性；④导电高聚物的载流子用弧子（soliton）、极化子（polaron）、双极化子（bipolaron）概念描述，既不同于金属的自由电子，也不同于半导体的电子或空穴；⑤导电高聚物具有掺杂/脱杂、完全可逆的过程，这是导电聚合物专有的独特性能；⑥导电高聚物具有掺杂伴随着颜色的变化以及高的三阶非线性光学效应等特点，使其应用范围更广。
导电高聚物姓名：马军宝学号：20101649班级：高分子2班摘要导电高分子材料具有许多传统导电材料没有的独特性能。
导电高聚物可用作雷达吸波材料、电磁屏蔽材料、抗静电材料等。
本文介绍了导电高分子材料的概念、分类、导电机理及其应用领域。
前言自从1976年美国宾夕法尼亚大学的化学家Mac Diarmid领导的研究小组首次发现掺杂后的聚乙炔（Polyacetylene，简称PA）具有类似金属的导电性以后，人们对共轭聚合物的结构和认识不断深入和提高，新型交叉学科－导电高分子领域诞生了。
在随后的研究中科研工作又逐步发现了聚吡咯、聚对苯撑、聚对苯乙炔、聚噻吩、聚对苯撑乙烯撑、聚苯胺（表1）等导电高分子导电高分子特殊的结构和优异的物理化学性能使它成为材料科学的研究热点，作为不可替代的新兴基础有机功能材料之一，导电高分子材料在能源、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。
到目前为止，导电高分子在分子设计和材料合成、掺杂方法和掺杂机理、可溶性和加工性、导电机理、光、电、磁等物理性能及相关机理以及技术上的应用探索都已取得重要的研究进展。
本文介绍了导电高分子的结构特征、导电机理及其应用领域。
表1典型的导电高聚物1 导电高分子材料的分类及制备方法按结构和制备方法不同将导电高分子材料分为复合型与结构型两大类[1]。
1.1复合型导电高聚物及其制备方法复合型导电高聚物是以高分子材料为基体，加入一定数量的导电物质（如碳黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等）组合而成。
该类聚合物兼有高分子材料的加工特性和金属的导电性。
与金属相比较，导电性复合材料具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等优点。
复合型导电高分子所采用的复合方法主要有两种[2,3]：一种是将亲水性聚合物或结构型导电高分子与基体高分子进行共混，另一种则是将各种导电填料填充到基体高分子中。
定义：导电聚合物又称导电高分子，是指通过掺杂等手段，能使得电导率在半导体和导体范围内的聚合物。
通常指本征导电聚合物，这一类聚合物主链上含有交替的单键和双键，从而形成了大的共轭π体系。
π电子的流动产生了导电的可能性。
简介：没有经过掺杂处理的导电聚合物电导率很低，属于绝缘体。
其原因在于导电聚合物的能隙很宽（一维半导体的不稳定性），室温下反键轨道（空带）基本没有电子。
但经过氧化掺杂（使主链失去电子）或还原掺杂（使主链得到电子），在原来的能隙中产生新的极化子、双极化子或孤子能级，其电导率能上升到10~10000 S/cm2，达到半导体或导体的电导率范围。
导电聚合物（聚乙炔）由日本科学家白川英树最先发现，美国科学家Heeger 和MacDiarmid 也是这一研究领域的先驱。
这三位科学家由于在导电聚合物研究中的突出贡献，共同获得了2000年的诺贝尔化学奖。
种类：自1970年代第一种导电聚合物——聚乙炔发现以来，一系列新型的导电高聚物相继问世。
常见的导电聚合物有：聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双炔等。
聚乙炔是最先报道具有高电导率的、结构最简单的共轭高聚物。
1987年，德国BASF 公司的科学家改进了白川英树的聚合方法，得到的聚乙炔经碘掺杂并拉伸取向后电导率高达2×10^5西/厘米，此数值大约相当于铜电导率(6×105西/厘米)的1/3。
在相同质量的情况下,它显示出比铜高2～3倍的电导率。
由于聚乙炔具有特殊的光学、电学和磁学性质以及可逆的电化学性质，它在二次电池和光电化学电池方面显示诱人的应用前景，但最致命的弱点是它在空气中不稳定。
聚噻吩和聚吡咯具有将聚乙炔的氢用硫或NH取代的结构,尽管它们的电导率没有聚乙炔高,但其稳定性好,能够用于制备电子器件。
被称为“苯胺黑”的聚苯胺粉末早在1910年已经合成出来,然而直到从酸性的水溶液介质中通过苯胺单体的氧化聚合而制备的聚苯胺才具有较高的电导率。
高聚物的导电性（1）高聚物的导电机理高聚物主要存在两种导电机理：①一般高聚物主要是离子电导。
有强极性原子或基团的高聚物在电场下产生本征解离，可产生导电离子。
非极性高聚物本应不导电，理论比体积电阻为1025Ω.cm，但实际上要大许多数量级，原因是杂质（未反应的单体、残留催化剂、助剂以及水分）离解带来的。
②聚合物导体、半导体主要是电子电导。
（2）导电性的表征对聚合物加一个直流电源时，通过的电流为表面电流和体积电流之和：相应地电阻也可以分为体积电阻和表面电阻为了比较不同材料的导电性，通常用电阻率表示。
体积电阻率（又称比体积电阻）（Ω.cm）表面电阻率（又称比表面电阻）（Ω）式中：s，，，分别为试样的面积、厚度、电极的长度和电极间的距离。
电阻率（未特别注明时指体积电阻率）是材料最重要的电学性质之一。
按将材料分为导体、半导体和绝缘体三类。
导体0～103Ω.cm半导体103～108Ω.cm绝缘体108～1018Ω.cm以上有时也用电导率表示，电导率是电阻率的倒数。
测定电阻率的方法是一个三电极装置（10-1），改变连接方式就可以测或。
图10-1三电极装置示意图（阴影部分为电极，为环形电极的周长）（3）影响导电性的因素①极性聚合物的导电性远大于非极性聚合物。
②共轭体系越完整，导电性越好。
③结晶度增大使电子电导增加，但离子电导减少。
④“杂质”含量越大，导电性越好。
⑤温度升高，电阻率急剧下降，导电性增加，利用这点可以测定，因为时～1/T曲线有突变。
（4）导电性高分子导电性高分子可分为以下三类。
①结构型：聚合物自身具有长的共轭大键结构，如聚乙炔、聚苯乙炔、聚酞菁铜等，通过“掺杂”可以提高导电率6～7个数量级，一个典型例子是用AsF3掺杂聚乙炔。
②电荷转移复合物：由电子给体分子和电子受体分子组成的复合物，目前研究较多的是高分子给体与小分子受体的复合物，如聚2-乙烯吡啶或聚乙烯基咔唑作为高分子电子给体。
碘作为电子受体，可做成高效率的固体电池。
第六章高聚物的电学性能¾交变电场¾弱电场¾强电场¾发生在聚合表面¾光导电¾压电¾热电（焦电）¾热释电¾驻极体等在外电场F 作用下，诱导偶极矩µ1为由取向极化引起的偶极矩µ2在外电场作用下所产生的偶极矩µ为αe ——电子极化率αa ——原子极化率αo ——取向极化率µ0——永久（固有）偶极矩E ——材料内部的场强，又称为局域场强E ≠F高聚物的有效偶极矩（单体单元偶极矩）与所带基团的偶极矩不完全一致，结构对称性会导致偶极矩部分或全部相互抵消介电系数：表征材料介电性能的主要参数（ε）含有该材料的电容器之电容C 与其在真空下的电容C 0之比值物理意义是电介质电容器储电能力的大小，在微观上则是电介质的极化能力式中，ε0为直流电场中的静电介电常数；M为高聚物的相对分子质量；ρ为密度；P为摩尔极化度；为阿伏加德罗常数。
克劳修斯-莫索提（Clausius-Mossotti）公式宏观的介电系数（ε）和微观的分子极化率（α）均反映了电介质材料的极化能力对于极性高聚物德拜（Debye）方程N~在高频电场下（>1014Hz），即极化时间为10-14s时，取向极化和原子极化都不容易发生，记这时的介电系数为ε（光频介电系数）∞对于非极性介质，介电系数ε与介质的光折射率n的平方相等介电损耗一个理想电容器的外电场作用下能储存电能，当外电场移去时，所储存的电能又全部释放出来，形成电源，没有能量损耗对于交变电压V=V 0e iwt ，理想电容器的电流I 理想和电压有90º相位差，ε1为介电系数，ε2为介电损耗因子，决定电介质内电能转变成热能的损耗程度对于高聚物电介质，在每一周期内所放出的能量就不等于所储存的能量，因为完成高聚物电介质偶极取向需要克服分子间相互作用而消耗一部分电能，这时，介电损耗介电损耗：电介质在交变电场中，由于消耗一部分电能使介质本身发热的现象产生介电损耗的原因：1. 电导损耗：电介质中含有能导电的载流子在外加电场的作用下，产生电导电流，消耗一部分电能转化为热能。
