有关导电聚合物综述论文
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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。
探讨有机导电高分子材料的导电机制摘要:导电高分子的研究起源于二十世纪七十年代,其应用前景十分广阔,因此受到了十分广泛的关注与重视,甚至逐渐成为了国际上十分活跃的一种研究领域,对其的研究也开始由实验室的研究朝着实践应用方面的发展,并广泛及普遍的将其推广到能源、信息与传感器等方面。
本文首先分析了导电高分子材料的种类与发展趋势,继而重点分析了有机导电高分子材料的实际导电机制,并且在研究的过程中逐步提出其未来的发展方向。
关键词:导点高分子;导点机制;导点材料引言高分子材料的机械性相对明显,并且其同样可以用作结构类材料。
现如今的高分子材料已经逐渐的覆盖了绝缘体、金属与半导体等领域。
所谓有机化合物,主要包含有P电子与R电子两类。
R电子作为成键电子,有着较高的键能,但是其离域性小,同时还被称为定域电子。
P电子的出现,是两个成键原子中P电子重叠所得。
一旦P电子出现了被孤立的情况,十分可能会导致出现有线离域性,电子可以围绕着原子核的四周转。
伴随着P共轭体系数量的逐步增加,离域性同样逐步提升。
一、导电高分子材料的种类(一)复合型导复合导电高分子材料发挥作用的主要是充负荷材料,其获得的方式主要包含表面混合或者是层压普通聚合物材料与各种导电材料。
负荷型导电高分子材料有着比较的种类,具体来说主要包含有涂料、塑料与橡胶等。
其具体的性质与导电填料的实际种类、使用料,实际的颗粒度和状态与其在聚合物材料中的世界处于一种紧密连接的状态。
往往会选择与其在聚合物材料中的世界分散状况连接起来。
普遍情况下可以选择使用粉末金属、炭有金属纤维等,将其用作高分子的导电类的填料用处。
(二)结构型这一材料指的是具备电功能的聚合物类材料,它不仅有着导电功能,同时也掺杂了其他的材料。
这一次材料的导电率并不同,具体可以将其分之为聚合物金属、聚合物超导体、高分子半导体等。
从导电机制的差异角度看来,其可以充分分之为离子导电聚合物与电子聚合类材料。
电子导电聚合物材料其结构特征之时,一般包含平面大共轭体系或者是线性,将光与热的作用充分发挥出来,将π电子激活,继而逐渐将导电的效用利用起来,在半导体的范围中,主要包含有电导率。
导电聚合物复合材料高Z09刘瑞091464导电聚合物复合材料摘要:本文主要讲述了导电聚合物复合材料制备方法和应用领域。
关键词:导电聚合物复合材料高分子1.前言近几年来, 关于导电聚合物的研究一直受到普遍的重视。
这类新的高分子材有可能在彩色显示、电化学、催化、抗静电及微波吸收等众多领域内得到使用。
然而, 由于导电高聚物的综合力学性能较差,严重地妨碍了它的广泛工业应用比幻。
为了改善导电聚合物的性能, 人们开展了导电聚合物复合材料的研究。
例如将导电聚合物和基体聚合物(工程塑料)复合制成复合材料。
这类复合材料的导电特性和纯导电聚合物相似, 但力学性能有明显的改善。
它的制备可采用电化学或化学方法。
到目前为止, 除了使用工程塑料作复合材料支持体外, 各种透膜,无机层状结构材料, 橡胶粒子, 粘土,聚合物固体电介质等均可用来制备导电聚合物复合材料。
通过改变聚合条件以及原材料性能, 可以控制复合材料的形态(孔隙率, 微纤状) 、导电性能、透光率以及电化学特性等。
2.导电复合材料的分类及用途导电聚合物复合材料是一种既具有普通聚合物材料特性,又具有一定导电性能的新型功能材料。
由于导电聚合物具有重量轻、易加工成各种复杂形状、尺寸稳定性好以及电阻率在较大范围内可调等特点,因此在防静电、微波吸收、电磁屏蔽及电化学等领域被广泛采用。
表1列出了导电聚合物复合材料的分类及用途。
表1 导电聚合物复合材料及其用途3.制备方法导电聚合物复合材料的制备方法主要有两种:一种是在基体聚合物中填充各种导电填料;另外一种则是将结构型导电聚合物或亲水性聚合物与基体聚合物进行共混。
3.1填充型导电聚合物复合材料这种材料通常是将不同性能的无机导电填料掺入到基体聚合物中, 经过分散复合或层积复合等成型加工方法而制得。
导电填料的种类很多, 常用的可分为炭系和金属系两大类。
炭系填料包括炭黑、石墨和碳纤维等; 金属系主要有铝、铜、镍、铁等金属粉末、金属片和金属纤维[1]。
氧化还原型导电聚合物
氧化还原型导电聚合物是一类具有导电性能的聚合物材料,其特点是在一定的条件下可以发生氧化还原反应,从而具有电化学活性。
这类聚合物在柔性电子设备、电化学储能等领域具有广泛的应用前景。
氧化还原型导电聚合物在化学结构上通常包含可进行氧化还原反应的基团,例如硝基、亚硝基、偶氮基等。
这些基团可以在适当的电化学条件下进行氧化或还原反应,从而改变聚合物的导电性能。
在应用方面,氧化还原型导电聚合物可以用于制造电池、超级电容器等储能器件,以及柔性电子设备中的导电材料。
此外,由于其具有可逆的氧化还原反应,因此也可以用于制造电化学传感器和执行器等器件。
需要注意的是,氧化还原型导电聚合物在应用过程中可能会受到环境因素的影响,例如温度、湿度、氧气等,这些因素可能会影响其性能和稳定性。
因此,在使用过程中需要对其进行有效的保护和管理工作。
锂硫电池硫/导电聚合物正极材料的研究进展/俞栋等141锂硫电池硫/导电聚合物正极材料的研究进展。
俞栋,徐小虎,李宇洁,汪冬冬,周小中(西北师范大学化学化工学院,生态环境相关高分子材料教育部重点实验室,甘肃省高分子材料重点实验室,兰州730070)摘要综述了锂硫电池硫/导电聚合物正极材料的研究进展。
重点探讨了导电聚合物在硫基正极材料改性中的制备方法、结构设计,并对其中存在的问题进行了分析。
最后对硫/导电聚合物正极材料的进一步发展及商业化应用进行了展望。
关键词锂硫电池正极复合材料导电聚合物中图分类号:TM912文献标识码:A DOI:10.11896/j.iss n 1005—023X 2014.23.029Research Progress of Sulfur/ConductiVe PolymeI’s CathodeMaterials fOr Lithi叫n/SulfurBatteriesYU Dong,XU Xiaohu,LI Yuj ie,WANG Dongdong,ZHOU Xiaozhong (Key Laboratory of Eco_Environment-Related Pol珊er Materials of Ministry of Educa ti on,Ke y L ab or at o ry ofP01)咖er Materials of Gansu P rovin ce,Colle ge of Chemistry&Chemical E n gi n e e ri n g,No rt hw es t N or nl al U ni ve rs it y,L an zh ou 730070)A如sh‘act The res ear ch p r o g r e s s of sulfur/conductive polymers cath ode Imterials for hthiurn/sulfur bat te ri es is s ur n m ar i z ed T h e st r u c t u r al d e s i g n s,p r e p a r a t;o n p r o c e s se s,a n d of c o n d u c t i v e p o l y l n e r s in sulfur composites perfor_m a n c e i m pr o v e m e n t a s cathod e nlateriaIs a r e systeHlaticany discussed and problems as sociated with these rmterials a r ealso analyzed Fina l ly,t he f u rt h er de ve lop me nt an d the commercializat ion of sulfur/conductive polymers cath ode ma te—rials a re d isc uss ed.量(ey w o r d s lithium/sulfur batteries,cathode,composites,conductive polym ers减[20’2¨。
导电聚合物PEDOT的制备及导电性能崔琛琛;王茗【摘要】文章采用化学氧化聚合法,以过硫酸铵为氧化剂,质子酸为掺杂剂合成了聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)导电聚合物,研究了掺杂剂种类、聚合温度以及试剂比例对聚合速率及电导率的影响。
研究结果表明:盐酸、冰醋酸及樟脑磺酸掺杂后能显著提高聚合物的电导率,其中樟脑磺酸掺杂后的电导率最高;质子酸掺杂和升高聚合温度可以明显加快聚合速率;当单体与氧化剂的摩尔比为1∶1时聚合物的电导率最高。
%10.3969/j.issn.1003-5060.2012.11.024【期刊名称】《合肥工业大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】5页(P1541-1545)【关键词】化学氧化聚合;导电聚合物;聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)【作者】崔琛琛;王茗【作者单位】桂林理工大学材料科学与工程学院,广西桂林 541004;桂林理工大学材料科学与工程学院,广西桂林 541004【正文语种】中文【中图分类】O6331900年聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)首次被合成出来[1],采用的合成方法是将该聚合物的单体(EDOT)直接加入到聚合电解质水溶液中聚合,最后得到分散性良好的聚乙烯二氧噻吩。
由于该共聚物的单体EDOT的3、4位被双氧次乙基取代,阻止了聚合时噻吩环的α-β连接,双氧次乙基的引入还增加了噻吩环上的电子密度,从而降低了单体的氧化电位和聚合物分子的氧化掺杂电位,增强了其在水中的溶解度并使其导电的掺杂状态更稳定。
由于具有高的电导率、优异的环境稳定性以及透明和易加工成膜特性,PEDOT在有机发光材料和有机太阳能电池等领域具有重要的应用前景[2-3],并受到很多学者的关注[4-6]。
目前,合成PEDOT的方法主要有化学氧化聚合[7-10]、电化学聚合[11-15]、化学气相沉积法[16-17]等,其中应用最多的是化学氧化聚合法,该方法设备简单,且易于聚合。
EDOT化学氧化聚合方式如下:单体EDOT被氧化为自由基阳离子(P+·),自由基阳离子脱去2个质子形成二聚体,二聚体再被氧化成二聚体自由基阳离子,该自由基阳离子与单体自由基阳离子偶合形成三聚体,以此类推,最后聚合成PEDOT,从机理上该聚合属于逐步聚合,反应过程为:导电聚合物是由交替的单双键组成的共扼大π键体系,电子在整个主链上离域,单体的分子轨道相互作用,最高占有轨道(HOMO)形成价带,最低空轨道(LUMO)形成导带。
导电水凝胶综述导电水凝胶,也被称为电活性水凝胶,是一种具有优异导电性能的水凝胶材料。
它能够在水中形成网络结构,并在其中导电。
导电水凝胶具有广泛的应用潜力,包括生物医学、电子器件、传感器等领域。
本文将对导电水凝胶的制备方法、性质特点以及应用领域进行深入探讨。
首先,我们来了解导电水凝胶的制备方法。
导电水凝胶的制备方法多种多样,常见的包括化学合成法、物理交联法以及生物合成法等。
其中,化学合成法是最常用的方法之一。
通过聚合反应或交联反应将导电性物质引入水凝胶体系中,从而实现导电水凝胶的制备。
另外,物理交联法是一种无需添加化学药品的方法,通常利用温度、pH值、离子强度等物理条件来实现水凝胶的形成和导电性的引入。
生物合成法则是通过利用生物体内的酶、细胞等生物活性物质来合成导电水凝胶。
这些制备方法各有优势,可以根据具体需求选择合适的方法。
其次,导电水凝胶的性质特点是我们关注的重点之一。
导电水凝胶具有优异的导电性能,这得益于其中导电性物质的引入。
这些导电性物质可以是金属颗粒、碳纳米管、导电聚合物等,它们能够在凝胶体系中形成导电路径,使得整个水凝胶具有导电性。
导电水凝胶除了导电性能好之外,还具有良好的机械性能和水吸附性能。
这使得它在生物医学领域中具有广泛的应用前景,例如可用于电刺激治疗、人工肌肉等方面。
最后,我们来看一下导电水凝胶的应用领域。
导电水凝胶的应用非常广泛。
在生物医学领域,导电水凝胶可用于组织工程、药物传递、生物传感等方面。
例如,将导电水凝胶与细胞共培养,可以用于细胞修复和组织再生。
导电水凝胶还可以作为药物载体,实现药物的控释和靶向传递。
此外,在电子器件领域,导电水凝胶可用于光电转换器件、柔性电子器件等方面。
它具有高柔韧性和可拉伸性,适合用于制备柔性电子器件。
导电水凝胶还可以用于制备传感器,实现对各种物理、化学参数的检测和监测。
总结起来,导电水凝胶是一种具有优异导电性能的水凝胶材料。
它的制备方法多样,性质特点独特,并在生物医学、电子器件、传感器等领域具有广泛应用。
导电生物材料应用篇一:导电高分子材料及其应用综述摘要:主要论述了导电高分子材料的种类、发展概况及其应用,对新近开发的复合型导电高分子材料产品进行了介绍,并对导电高分子材料的发展进行了展望.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。
因此,它们在导电材料、电极材料、电显示材料、电子器件、电磁波屏蔽以及化学催化等方面具有很大的潜在应用。
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:导电高分子应用导电高分子材料复合型导电高分子导电高分子材料的种类按照材料的结构与组成,可将导电高分子材料分为两大类。
一类是复合型导电高分子材料,另一类是结构型(或本征型)导电高分子材料。
1.1 复合型导电高分子材料复合型导电高分子材料是将各种导电性物质以不同的方式和加工工艺(如分散聚合、层积复合、形成表面电膜等)填充到聚合物基体中而构成的材料。
几乎所有的聚合物都可制成复合型导电高分子材料。
其一般的制备方法是填充高效导电粒子或导电纤维,如填充各类金属粉末、金属化玻璃纤维、碳纤维、铝纤维、不锈钢纤维及锰、镍、铬、镁等金属纤维,填充纤维的最佳直径为7m。
复合型导电高分子材料在技术上比结构型导电高分子材料具有更加成熟的优势,用量最大最为普及的是炭黑填充型和金属填充型。
1.2 结构型导电高分子材料结构型(又称作本征型)导电高分子是指那些高分子材料本身或经过掺杂后具有导电功能的聚合物。
这种高分子材料本身具有“固有”的导电性,由其结构提供导电载流子,一旦经掺杂后,电导率可大幅度提高,甚至可达到金属的导电水平。
从导电时载流子的种类来看,结构型导电高分子材料又被分为离子型和电子型两类。
离子型导电高分子通常又称为高分子固体电解质,它们导电时的载流子主要是离子。
电子型导电高分子指的是以共轭高分子为主体的导电高分子材料。
导电时的载流子是电子(或空穴),这类材料是目前世界导电高分子中研究开发的重点。
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。
光催化导电聚合物是一种新型的功能材料,它可以通过光催化反应在其表面形成导电网络。
这种材料具有优异的光电性能,可以用于光催化降解污染物、光催化能量转换等应用领域。
光催化导电聚合物通常由导电聚合物和光敏剂组成。
导电聚合物可以提供导电性能,而光敏剂则可以吸收光能并产生电子空穴对,进而引发光催化反应。
在光催化反应中,电子空穴对可以在导电聚合物表面形成导电网络,从而实现光催化降解污染物、光催化能量转换等应用。
常见的光催化导电聚合物包括聚苯乙烯、聚丙烯、聚苯胺等。
这些聚合物具有良好的导电性能和光催化性能,并且可以通过控制聚合物的结构和组成来调节其导电性能和光催化性能。
光催化导电聚合物具有广泛的应用前景,例如在环境治理、能源转换等领域。
它们可以用于光催化降解有机污染物、光催化制氢、光催化制备光电材料等应用。
共轭导电聚合物电致发光元件的原理及进展张树永1,周伟舫1,李善君21复旦大学化学系电化学教研室,上海200433;2复旦大学高分子科学系及国家教委聚合物分子工程开放实验室,上海200433摘 要: 本文综述了共轭导电聚合物在电致发光元件中的应用,介绍了导电聚合物发光二极管和导电聚合物电化学发光电池的结构、发光原理及研究进展。
关键词: 共轭导电聚合物;发光二极管;电化学发光电池1 引 言随着人类社会进入信息时代,信息技术的发展愈来愈受到人们的关注。
信息的采集、加工、传输、储存与显示是信息技术的基础。
所谓信息显示即通过信息显示材料,将人眼看不到的电学信号转化为可见的光学信号的过程。
作为信息系统的输出端,信息显示是人们从信息系统中最终获取信息的必要手段和前提。
信息显示分为主动式显示和被动式显示。
在主动式显示中,像元本身由在某种形式的激发下可以产生光发射的发光材料制成。
如采用电场激发发光,则称该材料为电致发光材料。
电致发光器件通常包括高电压驱动的场致发光器件和由低电压驱动的发光二极管(l ight-emitting diode,LED)等[1]。
目前通常使用的半导体LED多采用无机半导体单晶、单晶薄膜或多孔硅及多晶材料作为发光材料。
为获得适宜的波长和量子效率,通常还需将直接带材料与间接带材料以适宜比例混合,普遍存在成品率低、成本高、难以制成大面积元件或稳定性差、发光效率低等问题。
由于LED可应用于一切需要显示的地方,它的发展与高密度显示屏、电视、移动电话、便携式电脑乃至光学计算机的发展均紧密相关,因此人们在改善LED的性能与寿命、开发新型LED材料与器件方面进行了不懈的努力[1~25]。
从70年代开始,人们先后制备了大量的共轭导电聚合物并对它们的结构与性能进行了广泛、深入的研究[6~10]。
共轭导电聚合物在本征态时通常是有机半导体,掺杂后其电导率会大幅度增加而显示金属导电性,并同时具有聚合物优良的成型加工性能,因此在替代无机半导体材料用于电子器件制作上显现出诱人的潜力,目前已制成导电聚合物光电二极管和场效应管等电子元件[10,11],与此同时,聚对苯乙炔(PPV,本文所涉及的导电聚合物的名称与结构均列于表1中)所具有的高量子产率的光致发光现象还促使人们将寻找电致发光材料的着眼点由无机或有机小分子材料[12~15]转向共轭导电聚合物领域。
导电聚合物的研究进展及其理论探究
摘要:近年来,有关聚合物基导电复合材料的研究已受到普遍的重视,由于其具备许多
优良性质,所以它具有实际应用价值和广泛应用前景,本文综述了导电聚合物的发展沿革,
主要分类,制备原理方法,主要的理化性质及其应用,并对其将来的机遇与挑战进行分析。
关键字:导电聚合物、发展、研究、分类、性质、制备、应用、机遇与挑战。
高分子一直被视为绝缘材料,直到20世纪70年代才发现高分子具有导电功能。1976~
1977年白川英树与黑格、马克迪尔米德教授合作,对他开发的聚合物半导体聚乙炔进行掺
杂研究,使其导电性提高了107倍,这在世界范围内引发了导电聚合物的研究热潮。在其后很
短的时间内,聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等导电高分子聚合物也被相继地开发出来。关于这些
聚合物的各类衍生物的研究又将这个领域的深度和广度大幅延伸。各种导电聚合物的制备方
法也有了很大进展,如聚苯胺可以有化学氧化聚合、电化学聚合、乳液聚合及沉淀聚合等多
种聚合方法。同时,“掺杂”方法不断取得关键性突破,导电聚合物的应用领域也不断得到
扩大。2000年,诺贝尔化学奖颁发给了常年在导电聚合物领域从事研究工作的三个科学家
马克迪尔米德、黑格和白川英树,他们的工作使得共轭聚合物电致发光器件已经接近实用水
平,这使得一度陷入低谷的导电聚合物研究重新走到了科学研究的前沿。
根据导电聚合物的导电原理来对导电聚合物进行分类,可以将导电聚合物材料分为结构
型和复合型两大类。结构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。结构型导电聚合物根据其导电机理的不同又可分为: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。
复合型导电聚合物通常是将不同性能的无机导电填料掺入到基体聚合物中,经过分散复
合或层积复合等成型加工方法而制得。目前研究和应用较多的是由炭黑颗粒和金属纤维填充
制成的导电聚合物复合材料。将结构型导电聚合物或亲水性聚合物与基体聚合物共混,可以
得到既有一定导电性或永久抗静电性能,又具有良好力学性能的复合材料。对于电子导电聚
合物的制备,聚乙炔(PA)研究最早,也比较系统,是迄今为止实测导电率最高的电子聚合物。
它的聚合方法比较有影响的有白川英树方法、Naarman方法、Durham方法和稀土催化体系。
白川英树采用高浓度的Ziegerl- Natta催化剂,由气相乙炔出发,直接制备出自支撑的具有
金属光泽的聚乙炔膜;在取向了的液晶基础上成膜,PA膜也高度取向。Naarman方法的特
点是对聚合催化剂进行了高温陈化,因而聚合物理学性质和稳定性有明显的改善,高倍拉伸
后具有很高得导电率。离子导电聚合物主要有以下几类,聚醚、聚酯和聚亚胺。分别是聚环
氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚癸二酸乙二醇、聚乙二醇亚胺等。聚环氧类聚
合物是最常用的聚醚型离子化合物,主要以环氧乙烷和环氧丙烷为原料。在环氧化合物开环
聚合过程中,由于起始试剂的酸性和引发剂活性的不同,引发、增长、交换(导致短链产物)
反应的相对速率不同,对聚合物速率和产品分子量的分布造成复杂的影响。环丙烷的阴离子
聚合反应存在着向单链转移现象,导致生成的聚合物分子量下降,对此常采用阴离子配位聚
合反应制备聚环丙烷。聚酯和聚酰胺是另一类常见的离子导电聚合物,其中乙二醇的聚酯一
般由缩聚反应制备。采用二元酸和二元醇进行聚合得到的是线型聚合物,生成的聚合物柔性
较大,玻璃化转变温度较低,适合于作为聚合电解质使用。二元酸衍生物与二元胺反应得到
的聚酰胺也有类似的性质。
物理及化学性质方面,导电聚合物不仅具有较高的电导率,而且具有光导电性质、非线
性光学性质、发光、氧化还原性能、掺杂-反掺杂性能和磁性能等。而且它的柔韧性好,生
产成本低廉。因此导电聚合物不仅在工业生产方面具有应用价值,而且在日常民用方面也具
有广泛应用前景。下面是根据国内外的文献得到的导电聚合物在各个方面的主要应用:
利用导电高分子化合物的氧化—还原特性来制造蓄电池,是导电高分子材料一个极其重
要的应用领域,它将导致整个电池工业,特别是蓄电池工业的根本性变革。由于制造这种蓄
电池可以全部采用导电高分子材料,而不采用任何金属 ,所以全塑料的蓄电池具有重量轻、
体积小、不腐蚀等优点,而且可以反复充电,在长时间内免去一切修理。
导电高分子材料用来做太阳能电池也引起了世界各国的广泛注意。日本从七十年代末开
始研究用导电高分子材料作太阳能电池,目前用导电聚乙炔制成的太阳能电池已进入商业性
试用阶段。
由于许多电子产品产生的电磁波会影响环境,对周围其他设备产生严重的干扰,欲使电
子产品安全可靠地工作,进行电磁屏蔽和防静电处理是极其必要和重要的。由于导电高聚物
具有良好的电导率,因此较适合用于电磁波屏蔽和静电防止的材料。
某些高分子化合物在氧化状态下是导体,而在还原状态下是绝缘体,利用该特性就可以
用它制作晶体管。利用聚毗咯、聚苯胺为材料已经制成功很有用的有机晶体管。由该晶体管
制成探头,并跟微处理机配合,就可以制成灵敏的检验仪器。
一些电子导电聚合物可以制成电化学电容器 (也称超级电容器),它兼有普通电容器和
电池的特性,其比容量高于普通电容器,而比功率和循环寿命高于电池。由于具有快速释放、
贮存能量的优点,在以绿色电源为动力的电动汽车研究领域中,为加速和爬坡提供能量的超
级电容器受到了广泛的关注。
还有些电色材料将被应用于复印机上的光敏物质或成像敏感物质。有些颜色变化宽广的
电色材料,将可能被应用于广告显示及其它显示方面而成为新型显示器件的基础。
导电聚合物领域机遇与挑战并存。目前,尽管导电聚合物材料在许多方面获得应用,并
且已经产业化,但是其市场规模仍受到限制,仍然存在一些问题需要解决,如导电聚合物难
于加工,合成过程可能会对环境产生污染,导电率仍需要进一步提高等。随着这些问题的解
决以及各国在导电聚合物的研究与开发上投入大量资金与技术,而且由于大多数导电聚合物
具有优异的导电性、光电性质、氧化还原性等,预计将来,导电聚合物材料将取代金属和非
金属材料在一些方面的应用,在智能材料、光电材料、纳米材料方面将有不可估量的应用前
景。
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