《导电高分子》

导电高分子材料的介绍及研究进展

高分子091 5701109015 李涛

摘要：导电聚合物的突出优点是既具有金属和无机半导体的电学和光学特性，又具有有机聚合物柔韧的机械性能和可加工性，还具有电化学氧化还原活性。经过多年世界范围内的广泛研究，导电聚合物在新能源材料方面的应用已获得了很大的发展。

关键词：导电高分子 机理 理论 研究进展

一、背景及意义

高分子导电材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜以及电导率可在十多个数量级的范围内进行调节等特点，不仅可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品，而且已成为许多先进工业部门和尖端技术领域不可缺少的一类材料。高分子材料长期以来被作为优良的电绝缘体，直至1977年，日本白川英树等人才发现用五氟化砷或碘掺杂的聚乙炔薄膜具有金属导电的性质，电导率达到10S/m。这是第一个导电的高分子材料。以后，相继开发出了聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、聚苯胺、聚噻吩等能导电的高分子材料。

经过多年世界范围内的广泛研究，导电聚合物在新能源材料方面的应用已获得了很大的发展，但离实际大规模应用还有一定的距离。这主要是因为其加工性不好和稳定性不高造成的。

二、导电高分子材料分类及导电机理 高分子导电材料通常分为复合型和结构型两大类：

①复合型高分子导电材料。由通用的高分子材料与各种导电性物质通过填充复合、表面复合或层积复合等方式而制得。主要品种有导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导电薄膜等。其性能与导电填料的种类、用量、粒度和状态以及它们在高分子材料中的分散状态有很大的关系。常用的导电填料有炭黑、金属粉、金属箔片、金属纤维、碳纤维等。

复合型导电高分子材料(Conducting Polymer Composites)是指经物理改性后具有导电性的高分子复合材料，它以非导电型高分子材料为基体，加入一定数量的导电材料(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。复合方法主要有两种，一种是对已经成型的塑料壳体进行表面处理的表面导电膜形成法，包括金属喷镀、真空镀、溅射镀、贴金属箔、湿法化学镀或电镀等；另一种称为导电填料机械加工共混复合法，即将导电填料均匀分散于聚合物基体中制成导电涂料或导电塑料。

导电高分子材料PEDOT的一种合成路线

导电高分子材料具有导电性能和高分子材料的特性，因此在许多领域有着广泛的应用，如柔性电子器件、聚合物太阳能电池、电子纸等。PEDOT（聚3,4-乙烯二氧噻吩）是一种常见的导电高分子材料，具有优异的导电性能和稳定性，因此被广泛应用于电子材料领域。本文将介绍PEDOT的一种合成路线，通过对PEDOT的合成路线进行研究，可以更好地理解其结构和性能，为其在电子材料领域的应用提供更多可能性。

一、导电高分子材料PEDOT概述

PEDOT是一种聚合物材料，具有良好的导电性能和化学稳定性，在柔性电子器件、聚合物太阳能电池等领域有着重要应用。PEDOT的合成方法多种多样，可以通过化学氧化、电化学氧化等途径合成。其中，化学氧化法是一种简单、高效的合成PEDOT的方法，下面将详细介绍通过化学氧化法合成PEDOT的一种合成路线。

二、PEDOT的化学氧化合成路线

1.原料准备

在合成PEDOT的过程中，需要准备3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT）和氧化剂作为原料。EDOT是合成PEDOT的单体，可以通过化学合成的方法得到。而氧化剂可以选择过硫酸铵等常见氧化剂。

2.单体聚合

将EDOT和氧化剂按一定的摩尔比加入溶剂中，如甲醇或乙醇中，使用机械搅拌或超声波处理均匀混合，然后在常温下反应一定时间。在反应过程中，单体EDOT会发生聚合反应，逐渐形成聚合物PEDOT。

3.固化处理

将反应得到的PEDOT溶液进行固化处理，通常的方法是通过真空干燥或加热处理，使其形成固态的PEDOT。固态PEDOT具有较好的导电性能和稳定性，可以应用于各类电子器件中。

三、PEDOT合成路线的优劣势分析

1.优势

（1）简单高效：化学氧化法合成PEDOT的方法操作简单，且反应时间较短，能够高效得到目标产物。

（2）产率高：采用适当的反应条件和催化剂，可以获得较高的PEDOT产率。

（3）适用范围广：该合成路线适用于不同规模的实验室和生产环境中，能够满足不同需求。

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)

材料科学与工程基础——导电高分子屏蔽材料

第- 1 -页，共4页 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)。 材料科学与工程基础——导电高分子屏蔽材料