第3章 导电聚合物

导电聚合物材料的制备与应用研究导电聚合物材料是一类具有优异导电性能的高分子材料，在多个领域中得到了广泛的研究和应用。

本文将从材料制备的方法和应用研究的方向两个方面来探讨导电聚合物材料的研究进展。

一、导电聚合物材料的制备方法1. 导电聚合物材料的原理与分类导电聚合物材料的导电性能是由其中共轭结构单元的导电特性决定的。

基于共轭结构单元理论，导电聚合物可以分为共轭聚合物和掺杂聚合物两类。

其中，共轭聚合物是由具有大量π电子的共轭结构单元构成，如聚苯胺、聚噻吩等；而掺杂聚合物则是将非导电聚合物通过掺杂导电性杂质（如金属、氧化物等）或者化学改性（如修饰共轭结构单元）的方式提高导电性能。

2. 导电聚合物材料制备的方法导电聚合物材料的制备方法多样，常见的有化学氧化聚合法、原位聚合法和电化学聚合法等。

化学氧化聚合法通常通过氧化剂和单体反应生成高分子链结构；原位聚合法则是在导电杂质或修饰剂的催化下，单体进行自身聚合反应；而电化学聚合法则是利用电极电势调控单体之间的聚合反应。

3. 材料特性的调控与改进为了提高导电聚合物材料的导电性能和稳定性，研究人员通过调控材料的结构与形貌来优化材料性能。

例如，通过引入导电杂质或修饰剂，可以改变聚合物链结构或形成导电通道，提高导电性能；通过控制聚合物的分子量和分子量分布，可以调控材料的电子迁移性能和机械强度等特性。

二、导电聚合物材料的应用研究方向1. 电子器件与能源领域导电聚合物材料在电子器件与能源领域中有着广泛的应用前景。

以柔性电子技术为例，导电聚合物材料由于其良好的拉伸性能和导电性能，可以用于柔性显示器、可穿戴设备等；在能源领域，导电聚合物材料能够应用于柔性锂离子电池、超级电容器等新型能源储存器件中，具备重要的科学研究价值和应用前景。

2. 传感器与智能材料领域导电聚合物材料在传感器与智能材料领域中也有着重要的应用价值。

例如，导电聚合物材料通过引入吸湿物质可以制备湿度传感器，实现对环境湿度的监测和控制；通过改变电导率，还可以应用于应变传感器、压力传感器等，用于测量和感知物体的变化。

高分子材料——导电聚合物简介摘要：导电混合物的性能、应用以及面临的挑战。

共轭导电聚合物和芳香族金属导电聚合物的简介关键词：高分子材料导电聚合物共轭导电聚合物芳香族金属导电聚合物1 导电聚合物1.1前言导电高分子又称导电聚合物(conducting polymer)，是指通过掺杂等手段，使其电导率在半导体和导体范围内的聚合物。

这类聚合物通常指本征导电聚合物(intrinsic condcuting polymer)，在它们的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。

导电聚合物导电需要两个条件。

第一个条件是它必须具有共轭的π电子体系，第二个条件是它必须经过化学或电化学掺杂,即通过氧化还原过程使聚合物链得或失电子。

自由电子是金属的载流子,而电子或空穴是半导体的载流子。

导电高聚物的载流子是什么呢？黑格等首先提出孤子(soliton)模型，来解释聚乙炔的电导及其他物理性质。

但聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺等具有导电性质的聚合物有非简并基态，不能形成孤子，只能形成极化子(polaron)和双极化子 (bipolaron)。

尽管孤子、极化子和双极化子来自不同的简并态,但它们的物理本质都是能隙间的定域态,因此可以认为它们是导电聚合物的载流子。

导电聚合物材料可以分为共轭型和复合型两大类。

共轭型导电聚合物是指聚合物本身具有导电性或经掺杂处理后才具有导电功能的聚合物材料。

复合型导电聚合物,即导电聚合物复合材料,是指以通用聚合物为基体,通过加入各种导电性物质,采用物理化学方法复合后而得到的既具有一定导电功能又具有良好力学性能的多相复合材料，其导电作用主要通过其中的导电材料完成。

而共轭导电聚合物是依靠分子本身产生的导电载流子导电。

本文主要涉及共轭导电聚合物和芳香族金属导电聚合物。

1.2 导电聚合物的应用导电聚合物得研究始于30多年前。

2000年诺贝尔化学奖颁给了导电聚合物的三位发明者：美国物理学家黑格(A.J.Heeger)、美国化学家麦克迪尔米德(A.G.MacDiarmid)和日本化学家白川英树(H.Shirakawa)。

导电聚合物的研究论文导读：导电聚合物大多都有一个较长的π共轭主链，因此又称为共轭聚合物。

聚吡咯具有质量轻，电导率高，易于制备与掺杂，空气稳定性好，合成方便，电化学可逆性强等优点，但价格及工艺流程比较昂贵，因此还没有大规模推广。

聚苯胺以其良好的热稳定性,化学稳定性,电化学可逆性,优良的电磁微波吸收性能,潜在的溶液和熔融加工性能,原料易得,合成方法简便,还有独特的掺杂现象等特性,成为现在研究进展最快的导电高分子材料之一;聚噻吩作为高分子材料的一种,具有极其小的尺寸、丰富潜在的功能,导电能力，可以在酸性体系中聚合，生成粉末状不溶物或者液态的聚合物但是由于导电高分子聚吡咯聚噻吩聚苯胺链的强刚性和链间的强的相互作用使得它们的溶解性极差,相应的可加工性也差,限制了它们在技术上的广泛应用。

聚苯胺可看作是苯二胺与醌二亚胺的共聚物,y值用于表征聚苯胺的氧化还原程度,(1-y)值代表了聚苯胺的氧化状态。

关键词：导电聚合物，聚噻吩，聚苯胺，聚吡咯，对比1、引言1977白川英树等人发现了碘掺杂的聚乙炔具有很高的导电性，比一般的有机高分子材料高约13个数量级。

这一惊人发现，彻底改变了人们以往的观念-—有机高分子是绝缘体。

导电聚合物大多都有一个较长的π共轭主链，因此又称为共轭聚合物。

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共轭分子中，σ键是定域键，构成分子骨架；而垂直于分子平面的p轨道组合成离域π键，所有π电子在整个分子骨架内运动。

离域π键的形成，增大了π电子活动范围，使体系能级降低、能级间隔变小，增加物质的导电性能。

交替的单键、双键共轭结构是导电高分子材料的共同特征，若进行掺杂可使其电导率增加若干数量级，接近于金属电导率，这为导电高分子进入市场提供了强劲的力量。

2.三种导电高分子的对比本文导电高分子材料研究主要是聚噻吩，聚苯胺，聚吡咯这三种聚合物，其中只有聚苯胺初步形成了工业化规模，由此可见他们之间存在一定程度的差异，接下来将从以下四个方面对三种物质的性质进行对比:2.1优缺点比较：聚吡咯具有质量轻，电导率高，易于制备与掺杂，空气稳定性好，合成方便，电化学可逆性强等优点，但价格及工艺流程比较昂贵，因此还没有大规模推广；聚苯胺以其良好的热稳定性,化学稳定性,电化学可逆性,优良的电磁微波吸收性能,潜在的溶液和熔融加工性能,原料易得,合成方法简便,还有独特的掺杂现象等特性,成为现在研究进展最快的导电高分子材料之一;聚噻吩作为高分子材料的一种,具有极其小的尺寸、丰富潜在的功能, 导电能力，可以在酸性体系中聚合，生成粉末状不溶物或者液态的聚合物但是由于导电高分子聚吡咯聚噻吩聚苯胺链的强刚性和链间的强的相互作用使得它们的溶解性极差,相应的可加工性也差,限制了它们在技术上的广泛应用。

导电聚合物的研究与应用导电聚合物是一类独特的聚合物材料，其具有优异的导电性能，广泛应用于人们的生活中。

近年来，随着科技的不断发展和人们对高科技新材料的需求不断增加，导电聚合物也日渐成为研究热点，并在多个领域得到应用。

一、导电聚合物的分类及基本结构导电聚合物可分为高分子导体、锂离子导体和质子导体等几类。

其中，高分子导体的电子是由具有半导体性质的聚合物长链分子承载的，其常见的聚合物有聚苯胺、聚乙炔和聚噻吩等。

而锂离子导体和质子导体则是一类将金属离子或质子嵌入到聚合物中的新型电解质。

这些材料的导电性能取决于聚合物结构、离子成键、空间排布等因素。

二、导电聚合物的研究进展及应用1. 能源存储随着全球发展日益增长，能源短缺问题日益严峻，研究高性能电池材料已成为科学家们的必修课。

导电聚合物在电池领域的应用已经展现出了其强大的发展潜力。

其中，锂离子电池是目前最常见的电池之一，而锂离子导体因其高离子导电性能和良好的化学稳定性受到了广泛关注。

聚吡咯是一种锂离子导体材料，其在电池正负极材料、电解质等领域均有较好的应用前景。

2. 传感器导电聚合物的导电性质特别适合用于制作传感器。

当导电聚合物受到物理、化学或生物诱导时，其电子结构及导电性能会发生变化。

利用这一性质，可以制造出高灵敏度、高选择性、高响应速度的传感器，实现对目标物的高精度检测。

聚苯胺、聚噻吩等导电聚合物用于有机电化学传感器、化学气体传感器、生物传感器等方面均有应用。

3. 智能材料导电聚合物还可以应用于智能材料领域，如智能软体材料、光电磁传感器等。

由于其良好的柔性和可塑性，在人工肌肉、太阳能电池、可穿戴电子设备等领域都有广泛应用。

例如，导电聚合物在智能材料领域的应用中，通过控制其结构与电化学行为，不仅可以实现形状改变，还可以感知周围环境，并根据环境变化的需求进行适应性调整，大大拓展了导电聚合物的应用范围。

三、导电聚合物的未来展望导电聚合物作为一类有着广泛应用前景的新型材料，其研究与应用前景十分广泛。

《导电聚合物及其杂化电活性功能材料的可控制备与应用》篇一一、引言随着科技的发展，导电聚合物及其杂化电活性功能材料在电子、能源、生物医学等领域的应用越来越广泛。

这些材料因其独特的电导率、可调的物理化学性质以及良好的加工性能，已成为材料科学研究的热点。

本文将重点介绍导电聚合物的可控制备技术、杂化电活性功能材料的制备方法以及它们在各个领域的应用。

二、导电聚合物的可控制备技术1. 化学合成法化学合成法是制备导电聚合物的一种常用方法。

通过控制反应条件，如反应温度、催化剂种类及浓度等，可以有效地控制导电聚合物的分子量、结构和电导率。

常见的导电聚合物如聚吡咯、聚苯胺等均可通过化学合成法进行制备。

2. 电化学聚合法电化学聚合法是一种在电极表面通过电化学氧化还原反应制备导电聚合物的方法。

该方法具有操作简便、反应条件温和、产物纯度高等优点。

通过调整电化学参数，如电压、电流、电解液组成等，可以实现对导电聚合物结构和性能的控制。

三、杂化电活性功能材料的制备杂化电活性功能材料是指将导电聚合物与其他电活性物质（如碳纳米管、金属氧化物等）通过物理或化学方法复合而成的材料。

这些杂化材料具有优异的电导率、光电性能和机械性能，在能源存储、传感器、生物医学等领域具有广泛的应用前景。

杂化电活性功能材料的制备方法主要包括溶液法、溶胶凝胶法、气相沉积法等。

其中，溶液法是一种常用的制备方法，通过将导电聚合物与其他电活性物质在溶液中混合、搅拌、干燥等步骤，得到杂化材料。

溶胶凝胶法和气相沉积法则分别通过溶胶凝胶过程和气相反应过程制备杂化材料。

四、导电聚合物及其杂化电活性功能材料的应用1. 能源存储领域导电聚合物及其杂化电活性功能材料在能源存储领域具有广泛的应用，如锂离子电池、超级电容器等。

这些材料具有良好的电导率和较高的比电容，可以提高电池和电容器的性能。

2. 传感器领域导电聚合物及其杂化电活性功能材料在传感器领域具有优异的表现。

由于这些材料具有良好的电导率和灵敏度，可以用于制备各种传感器，如湿度传感器、压力传感器、气体传感器等。

导电聚合物摘要：本文简单介绍了导电聚合物的发现，从而进一步综述了导电聚合物的分类及导电机理。

共轭聚合物作为导电聚合物的最主要基体，介绍了其制备和掺杂方法。

并对导电聚合物的应用和发展前景做出了展望。

关键词：导电聚合物、共轭聚合物、掺杂引言2000年10月诺贝尔化学奖颁给了三位在导电聚合物的研究中获得杰出成就的化学家，即美国的黑格、马克迪尔米德和日本的白川英树。

1977年他们发现，聚乙炔薄膜经电子受体（I，AsF5等）掺杂后电导率增加了9个数量级，从10-6S/cm 增加到103S/cm[1,2]，从而终于将高分子不能导电的传统观念打破。

20世纪60年代，白川英树利用改性的齐格勒-纳塔型催化剂制成了不同比例的聚乙炔薄膜，通过实验发现这些材料都属于半导体，并且发现室温下反式聚乙炔的导电性能优于顺式聚乙炔。

但如何提高聚乙炔的导电性成为难题。

后来白川英树又进行了氯和溴的掺杂研究，发现了卤素掺杂聚乙炔有可能具有异乎寻常的电学特性的征兆。

于此同时，马克迪尔米德教授从事着导电无机聚合物(SN X)的研究。

1976年，白川英树应马克迪尔米德的邀请赴美国宾夕法尼亚大学与黑格、马克迪尔米德合作研究半导性聚乙炔膜电导性的改进问题。

通过碘掺杂聚乙炔，将其导电性提高了7个数量级最终实现了第一个全有机导电聚合物[1]。

导电聚合物准确来讲应为可以导电的有机聚合物。

所谓导电聚合物是由一些具有共轭π键的聚合物经化学或电化学掺杂后形成的、导电率可从绝缘体延伸到导体范围的一类高分子材料。

导电聚合物大多都有一个较长的π共轭主链，因此又称为共轭聚合物，如图1所示。

共轭分子中，σ键是定域键，构成分子骨架；而垂直于分子平面的p轨道组合成离域π键，所有π电子在整个分子骨架内运动。

离域π键的形成增大了π电子活动范围，使体系能级降低、能级间隔变小，增加物质的导电性能。

交替的单键、双键共轭结构是导电高分子材料的共同特征，若进行掺杂可使其电导率增加若干数量级，接近于金属电导率。

导电聚合物的结构,导电机理及聚合方法摘要导电聚合物具有长程π电子主链结构。

在外电场作用下，其内部的载流子（孤子、极化子和双极化子）沿共轭π键移动，从而实现了电子的定向传递，表现为导电性。

化学聚合法和电化学聚合法是合成导电聚合物常用的方法，同时还介绍了生物聚合法以及其它聚合方法。

关键词导电聚合物；结构特点；导电机理；合成方法；应用自1971年，Shirakawa等，先后制得高质量顺式聚乙炔（PA）铜色薄膜和反式聚乙炔银色薄膜。

1977年，Heeger等，发现用I2、AsF5进行P型掺杂的反式聚乙炔，电导率接近金属铋。

这引起世界范围内对导电聚合物研究的热潮，并相继出现了聚吡咯(PPy)、聚对苯（PPP）、聚对苯撑乙烯（PPV）、聚苯胺（PAn）、聚噻吩（PTh）等（表1）。

1结构及其特征导电聚合物都具有长程π电子主链结构。

π键的成键与反键之间能隙差小，接近无机半导体，因此共轭聚合物大都表现出半导体的性质；共轭聚合物还易被氧化还原，被其它物质掺杂其中，电导率提高，接近金属，从而表现出金属的特征。

2分类及其导电机理导电聚合物的导电机理有别于金属和半导体。

金属导体的载流子是电子，半导体的是电子或空穴，而导电聚合物的是由孤子、极化子和双极化子构成的。

在外电场作用下，载流子沿着共轭主链定向移动，宏观上表现为导电性。

当聚合物共轭程度越大，载流子的电迁移率提高，因此加强了聚合物的电导性。

3聚合方法及其举例通常，制备导电聚合物的方法分为化学法和电化学法。

本文还介绍生物催化法和其它方法。

1）化学聚合法。

化学聚合是指应用强氧化剂催化单体的聚合。

其操作简单，成本较低，适合大批量生产，但其产物的性能不佳。

Travers以过硫酸铵作氧化剂，在酸性水溶液中使苯胺氧化聚合。

Corradi以三氯化铁和对甲苯磺酸铁作氧化剂，合成并得到聚-3-乙烯二氧噻吩（PEDOT）。

2）电化学聚合法。

电化学聚合是指用电化学原理，在阴极上或阳极上进行的聚合。

《导电聚合物及其杂化电活性功能材料的可控制备与应用》篇一一、引言随着科技的发展，导电聚合物及其杂化电活性功能材料在电子、光电、能源等领域的应用越来越广泛。

这些材料因其独特的物理和化学性质，如高导电性、良好的柔韧性、可调的电化学性能等，被广泛应用于传感器、电池、太阳能电池、电磁屏蔽等领域。

本文将重点探讨导电聚合物的可控制备技术及其与杂化电活性功能材料的结合应用。

二、导电聚合物的可控制备技术导电聚合物的制备主要包括化学氧化聚合、电化学聚合和模板合成等方法。

其中，可控制备技术是实现高性能导电聚合物材料的关键。

1. 化学氧化聚合化学氧化聚合法是一种常用的制备导电聚合物的方法。

该方法通过在溶液中加入氧化剂，使单体发生氧化聚合反应，生成导电聚合物。

在制备过程中，可以通过调整反应条件，如温度、浓度、氧化剂种类等，实现对导电聚合物结构和性能的控制。

2. 电化学聚合电化学聚合法是一种在电极表面进行聚合反应的方法。

通过控制电位、电流等电化学参数，可以实现对导电聚合物薄膜的制备和性能调控。

该方法具有操作简便、可控制备薄膜厚度等优点，被广泛应用于导电薄膜的制备。

3. 模板合成法模板合成法是一种利用模板控制导电聚合物结构和形态的方法。

通过选择合适的模板和聚合条件，可以制备出具有特定形态和性能的导电聚合物材料。

该方法在制备复杂结构导电聚合物材料方面具有较大的优势。

三、杂化电活性功能材料的制备与应用杂化电活性功能材料是指将导电聚合物与其他电活性材料（如无机纳米材料、金属氧化物等）进行复合，形成具有新型电性能的材料。

这些材料具有优异的电性能和物理性能，被广泛应用于能源存储、传感器等领域。

1. 制备方法杂化电活性功能材料的制备主要包括溶液混合法、原位聚合法、溶胶-凝胶法等方法。

其中，溶液混合法是将导电聚合物与其他电活性材料在溶液中混合，形成均匀的复合材料。

原位聚合法是在其他电活性材料的存在下，进行导电聚合物的聚合反应，实现材料的复合。