ConductivePolymer

導(dǎo)電高分子材料1ppt課件1ppt課件導(dǎo)電高分子01ConductivePolymer

orConductingPolymerorElectroactivePolymerorSyntheticPolymer按材料的導(dǎo)電性分：絕緣體（insulator）半導(dǎo)體（semiconductor）導(dǎo)體（conductor）超導(dǎo)體（superconductor）電導(dǎo)率σ=1/ρ=1/(Ω*m)=S/m

ρ—電阻率，ρ=RS/L單位：mS/m,S/cm,μS/cm…2ppt課件導(dǎo)電高分子01ConductivePolymer導(dǎo)電高分子01Conductivity10-1610-1210-810-4100104108S/cm10-1410-1010-610-2102106

insulatorsemi-conductormetalConjugatedpolymercopperironsilvergermaniumsiliconglassdiamondquartz絕緣體σ<10-10半導(dǎo)體10-10<σ<102導(dǎo)體σ>102超導(dǎo)體σ>10203ppt課件導(dǎo)電高分子01Conductivity10-16發(fā)展歷程011862年：英國(guó)倫敦醫(yī)學(xué)專(zhuān)科學(xué)校H.Letheby在硫酸中電解

苯胺而得到少量導(dǎo)電性物質(zhì)（可能是聚苯胺）。1954年：米蘭工學(xué)院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4為催化劑制

得聚乙炔,雖然有非常好的結(jié)晶體和規(guī)則的共軛結(jié)

構(gòu)，然而難溶解、難熔化、不易加工和實(shí)驗(yàn)測(cè)定，

這種材料未得到廣泛利用。1970年：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)類(lèi)金屬的無(wú)機(jī)聚合物聚硫氮(SN)x具有

超導(dǎo)性。4ppt課件發(fā)展歷程011862年：英國(guó)倫敦醫(yī)學(xué)專(zhuān)科學(xué)校H.Le發(fā)展歷程011975年：A.G.MacDiarmid、A.J.Heeger與H.Shirakawa合作研究，將無(wú)機(jī)導(dǎo)電聚合物研制與有機(jī)導(dǎo)電聚合物研制相結(jié)合。發(fā)現(xiàn)未摻鹵素的順式聚乙炔的導(dǎo)電率為10-8～10-7S/m；未摻鹵素的反式聚乙炔為10-3～10-2S/m，而當(dāng)聚乙炔曝露于碘蒸氣中進(jìn)行摻雜氧化反應(yīng)后，其電導(dǎo)率可達(dá)3000S/m。G.MacDiarmidH.ShirakawaJ.Heeger

艾倫·馬克迪爾米德白川英樹(shù)艾倫·黑格2000年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)5ppt課件發(fā)展歷程011975年：A.G.MacDiarmid、發(fā)展歷程011980年：英國(guó)Durham大學(xué)的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。1983年：加州理工學(xué)院的RobertH.Grubbs以烷基鈦配合物為

催化劑將環(huán)辛四烯轉(zhuǎn)換成了聚乙炔，導(dǎo)電率35000S/m，

但難以加工且不穩(wěn)定。1987年：德國(guó)BASF科學(xué)家HerbertNaarman和NicholasTheophiou在H.Shirakawa方法基礎(chǔ)上150℃改良了合成方法，得到的聚乙炔電導(dǎo)率與銅在同一數(shù)

量級(jí)，達(dá)107S/m。6ppt課件發(fā)展歷程011980年：英國(guó)Durham大學(xué)的W.02導(dǎo)電高分子分類(lèi)主鏈結(jié)構(gòu)具有導(dǎo)電功能的高分子，一般以電子高度離域的共軛聚合物經(jīng)過(guò)適當(dāng)電子受體或供體的摻雜后得到。(廣義)導(dǎo)電高分子材料結(jié)構(gòu)型(本征型)(狹義導(dǎo)電高分子)復(fù)合型

將碳素、金屬、金屬氧化物等導(dǎo)電粒子引入到絕緣高分子材料基材中，得到具有導(dǎo)電性能的多相復(fù)合體系。

在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電學(xué)和力學(xué)性能，成本較低，易于成型和大規(guī)模生產(chǎn)。

不僅具有由于摻雜而帶來(lái)的金屬特性（高電導(dǎo)率）和半導(dǎo)體（p和n型）特性之外，還具有分子可設(shè)計(jì)性，可加工性和密度小等特點(diǎn)。7ppt課件02導(dǎo)電高分子分類(lèi)主鏈結(jié)構(gòu)具有導(dǎo)電02導(dǎo)電高分子分類(lèi)(聚苯亞乙烯)（PAn)8ppt課件02導(dǎo)電高分子分類(lèi)(聚苯亞乙烯)（PAn)8p02導(dǎo)電高分子具有π-共軛體系，經(jīng)過(guò)“摻雜”后具有導(dǎo)電性的一類(lèi)高分子材料的統(tǒng)稱(chēng)。結(jié)構(gòu)通式：[P+x·xA-]n（p—型摻雜）[P-x·xA+]n（n—型摻雜）式中：P+、P-——帶正電和帶負(fù)電的π-共軛體系高分子鏈；

A-

、A+——一價(jià)對(duì)陰離子和一價(jià)對(duì)陽(yáng)離子；x——摻雜度。對(duì)陰離子和對(duì)陽(yáng)離子與高分子鏈之間沒(méi)有化學(xué)鍵合，僅起到正負(fù)電荷平衡的作用9ppt課件02導(dǎo)電高分子具有π-共軛體系，經(jīng)過(guò)“摻雜”后具有導(dǎo)02導(dǎo)電高分子純凈無(wú)缺陷的理想π共軛結(jié)構(gòu)高分子：絕緣體，不導(dǎo)電。導(dǎo)電行為的產(chǎn)生：激發(fā)使π共軛結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷，最常用的方法是摻雜(doping)，其他有光激發(fā)等物理方法。導(dǎo)電高分子的摻雜：在π共軛結(jié)構(gòu)高分子鏈上發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移或氧化還原反應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)由絕緣體向半導(dǎo)體、導(dǎo)體轉(zhuǎn)變的必要途徑。(CH)n+nxA→[(CH)+x·xA-1]n氧化摻雜（I2、ASF5）(CH)n+nxA→[(CH)-x·xA+1]n

還原摻雜（Na、K）

x——摻雜度，即高分子被氧化還原的程度；聚乙炔：x=0~0.1摻雜目的：降低能帶隙10ppt課件02導(dǎo)電高分子純凈無(wú)缺陷的理想π共軛結(jié)構(gòu)高分子：絕緣02導(dǎo)電高分子導(dǎo)電高分子的摻雜VS無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的摻雜摻雜的結(jié)果：在聚合物的空軌道中加入電子或從占有軌道中拉走電子，從而改變?cè)笑须娮幽軒У哪芗?jí)，產(chǎn)生能量居中的半充滿(mǎn)能帶，減小能帶間的能級(jí)差，使自由電子遷移阻力降低。電子遷移阻力降低了，就更容易導(dǎo)電了。11ppt課件02導(dǎo)電高分子導(dǎo)電高分子的摻雜VS無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的摻02導(dǎo)電高分子特性1.導(dǎo)電率變化范圍寬隨摻雜度變化，可在絕緣體－半導(dǎo)體－金屬態(tài)之間變化導(dǎo)電高分子的電導(dǎo)率范圍12ppt課件02導(dǎo)電高分子特性1.導(dǎo)電率變化范圍寬導(dǎo)電高分子的02導(dǎo)電高分子特性2.摻雜-脫摻雜過(guò)程可逆

導(dǎo)電高分子不僅可以摻雜,而且還可以脫摻雜,并且摻雜-脫摻雜的過(guò)程完全可逆。3.具有光學(xué)性能（光誘導(dǎo)吸收、光致發(fā)光等非線(xiàn)性光學(xué)特性）、磁學(xué)性能、電化學(xué)性能（隨氧化/還原過(guò)程，顏色發(fā)生變化）等13ppt課件02導(dǎo)電高分子特性2.摻雜-脫摻雜過(guò)程可逆3.具有02導(dǎo)電高分子聚乙炔PA

Polyacetylene當(dāng)聚乙炔曝露于碘蒸氣中進(jìn)行摻雜氧化反應(yīng)后，其電導(dǎo)率可達(dá)3000S/m。研究最早，最系統(tǒng)，實(shí)測(cè)導(dǎo)電率最高，但由于其穩(wěn)定性差，難以使用。聚乙炔是尚在開(kāi)發(fā)研究中的新型功能高分子，已成功制成太陽(yáng)能電池、電極和半導(dǎo)體材料，但尚未達(dá)到工業(yè)應(yīng)用階段。順式聚乙炔

反式聚乙炔（銅色）（銀白色）14ppt課件02導(dǎo)電高分子聚乙炔PAPolyacetylen02導(dǎo)電高分子聚吡咯Polypyrrole（PPy）此外，還有模板法,也可氣相聚合，制備導(dǎo)電復(fù)合材料五元環(huán)，穩(wěn)定性相對(duì)較好。15ppt課件02導(dǎo)電高分子聚吡咯Polypyrrole（PP02導(dǎo)電高分子聚吡咯Polypyrrole電容器傳感器光電性能導(dǎo)電性好和電化學(xué)可逆性好充電電池的電極材料(太陽(yáng)能電池)超級(jí)電容器導(dǎo)電態(tài)?絕緣態(tài)分子電子器件(二極管、三極管)PPy納米線(xiàn)→納米光電器件電化學(xué)氧化還原性質(zhì)，質(zhì)子酸摻雜行為；當(dāng)PPy膜周?chē)h(huán)境的酸度或化學(xué)氣氛發(fā)生變化，引起其電化學(xué)性質(zhì)的變化PPy基氣敏材料→氣體的檢測(cè)電流型生物傳感器→酶、核酸探測(cè)微波吸收劑具有生物相容性，無(wú)毒害，用作生物醫(yī)用領(lǐng)域及研制人工肌肉、氣體和生物傳感器、電磁屏蔽、隱身材料、抗靜電材料、導(dǎo)電纖維等。16ppt課件02導(dǎo)電高分子聚吡咯Polypyrrole電容器02導(dǎo)電高分子聚噻吩Polythiophene五元雜環(huán)，無(wú)活潑氫。本征態(tài)聚噻吩為紅色無(wú)定型固體，摻雜后則顯綠色。這一顏色變化可應(yīng)用于電致變色器件。（PTh）比利時(shí)愛(ài)克發(fā)(Agfa)公司以PEDOT導(dǎo)電油墨作為電極材料的柔性O(shè)LED聚噻吩不溶不熔，有很高的強(qiáng)度，引入取代基后可溶。雙取代：溶解性較好，制備印刷電路板通孔的內(nèi)表面涂料。應(yīng)用：防腐、抗靜電、有機(jī)太陽(yáng)能電池、化學(xué)傳感、電致發(fā)光器件等聚噻吩的衍生物PEDOT是有機(jī)電致發(fā)光器件制備中重要的空穴傳輸層材料。EDOT（3,4-乙撐二氧噻吩單體）聚合和摻雜性與PPy相似，多為電化學(xué)聚合法。17ppt課件02導(dǎo)電高分子聚噻吩Polythiophene五02導(dǎo)電高分子聚苯胺Polyaniline（PAn）還原單元氧化單元依兩單元所占比例不同，聚苯胺可有三種極端形式。即全還原態(tài)(y=0，簡(jiǎn)稱(chēng)LEB)全氧化態(tài)(y=1，簡(jiǎn)稱(chēng)PNB)中間氧化態(tài)(y=0.5，簡(jiǎn)稱(chēng)EB)，各態(tài)之間可以相互轉(zhuǎn)化?；瘜W(xué)氧化聚合&

縮合聚合&

電化學(xué)聚合18ppt課件02導(dǎo)電高分子聚苯胺Polyaniline（PA02導(dǎo)電高分子聚苯胺Polyaniline表1聚苯胺的氧化還原態(tài)及對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電性19ppt課件02導(dǎo)電高分子聚苯胺Polyaniline表102導(dǎo)電高分子聚苯胺單體價(jià)格低廉，合成工藝簡(jiǎn)單，電導(dǎo)率高，在空氣和溶液中穩(wěn)定，具有獨(dú)特的摻雜現(xiàn)象，良好的電化學(xué)可逆性及電致變色性能，對(duì)外加電壓有體積響應(yīng)。防腐蝕涂料：金屬表面涂覆，能阻止空氣、水和鹽分揮發(fā)，遏制金屬生銹和腐蝕；充當(dāng)催化劑，干擾金屬電化學(xué)氧化反應(yīng)?？轨o電和電磁屏蔽材料：良好的導(dǎo)電性，與高聚物的親合性?xún)?yōu)于碳黑或金屬粉，可以與塑料、橡膠、纖維結(jié)合，如手機(jī)外殼以及微波爐外層防輻射涂料、和軍用隱形材料等。二次電池的電極材料：高純度納米聚苯胺具有良好的氧化還原可逆性，可以作為二次電池的電極材料。碳納米管(CNT)/導(dǎo)電高分子復(fù)合體系——研究熱點(diǎn)。選擇電極：納米聚苯胺對(duì)于某些離子和氣體具有選擇性識(shí)別和透過(guò)率。特殊分離膜高溫材料：熱失重溫度大于200℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他塑料制品。太陽(yáng)能材料：納米聚苯胺有良好的導(dǎo)熱性，導(dǎo)熱系數(shù)是其他材料的2~3倍，可作太陽(yáng)能材料的替代產(chǎn)品。聚苯胺20ppt課件02導(dǎo)電高分子聚苯胺單體價(jià)格低廉，合成工藝簡(jiǎn)單，電02導(dǎo)電高分子聚苯撐/聚對(duì)苯Poly(p-phenylene)（PPP）含有芳環(huán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)聚合物具有相當(dāng)好的熱穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)規(guī)整的高結(jié)晶度的聚苯撐可穩(wěn)定到800~900℃。不溶不熔,加工困難英國(guó)Monsanto公司用芳基化合法合成可溶性PPP,使用交聯(lián)劑,性能優(yōu)良美國(guó)Hughes公司用陽(yáng)離子氧化法制得可溶性聚苯撐,碳纖維復(fù)合材料，燒蝕特性美國(guó)Hercules公司發(fā)明了自固化,不放氣,易加工的H-樹(shù)脂60年代末早期70年代中期弱點(diǎn)：縮合型交聯(lián)劑，有低分子揮發(fā)物，受限制21ppt課件02導(dǎo)電高分子聚苯撐/聚對(duì)苯（PPP）含有芳環(huán)結(jié)1.化學(xué)聚合法（陽(yáng)離子聚合法）導(dǎo)電高分子（聚苯撐）原理借助路易斯酸-氧化劑體系（AlCl3-CuCl2）的催化—氧化作用，從苯出發(fā)，在溫和的反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，一步合成熱穩(wěn)定性很好的聚苯撐。優(yōu)點(diǎn)原料易得，反應(yīng)條件比較溫和，操作簡(jiǎn)單，適宜于帶有取代基的單體進(jìn)行聚合，可溶。缺點(diǎn)反應(yīng)不能自固化，需借助縮合型交聯(lián)劑；固化過(guò)程中有小分子產(chǎn)物釋放，成型加工困難，不易制得結(jié)構(gòu)完整致密的制件。22ppt課件1.化學(xué)聚合法（陽(yáng)離子聚合法）導(dǎo)電高分子（聚苯撐導(dǎo)電高分子（聚苯撐）23ppt課件導(dǎo)電高分子（聚苯撐）23ppt課件2.電化學(xué)聚合法優(yōu)點(diǎn)：易于在電極上制得PPP膜；

純度高，反應(yīng)條件簡(jiǎn)單且容易控制缺點(diǎn)：只適宜于合成小批量的生產(chǎn)導(dǎo)電高分子（聚苯撐）其他合成方法：乳液聚合法、微乳液聚合法24ppt課件2.電化學(xué)聚合法優(yōu)點(diǎn)：易于在電極上制得PPP膜；導(dǎo)電高05導(dǎo)電高分子應(yīng)用光開(kāi)關(guān)光計(jì)算機(jī)隱身偽裝檢測(cè)電磁屏蔽傳感器分子導(dǎo)線(xiàn)發(fā)光二級(jí)管信息存儲(chǔ)隱身雷達(dá)二次電池應(yīng)響速

快性色變

致電吸波性可逆摻雜導(dǎo)

電

性導(dǎo)電高分子25ppt課件05導(dǎo)電高分子應(yīng)用光開(kāi)關(guān)隱身電磁傳感器分子導(dǎo)線(xiàn)信導(dǎo)電高分子應(yīng)用半導(dǎo)體特性的應(yīng)用－發(fā)光二極管（PLED）利用導(dǎo)電高分子與金屬線(xiàn)圈當(dāng)電極，半導(dǎo)體高分子在中間，當(dāng)兩電極接上電源時(shí)，半導(dǎo)體高分子將會(huì)開(kāi)始發(fā)光。比傳統(tǒng)的燈泡更節(jié)省能源而且產(chǎn)生較少的熱，具體應(yīng)用包括平面電視機(jī)屏幕、交通信息標(biāo)志等。2004，13英寸26ppt課件導(dǎo)電高分子應(yīng)用半導(dǎo)體特性的應(yīng)用－發(fā)光二極管（PL導(dǎo)電高分子應(yīng)用2005年一月初，韓國(guó)三星電子宣布開(kāi)發(fā)出世界上最大的5英寸塑料平板顯示器，這款極具彈性的顯示器用極具彈性的塑料取代了剛性玻璃。可以彎曲，不會(huì)破碎，其外部設(shè)計(jì)能自由修改。一月末，韓國(guó)三星電子再次宣布，該公司已經(jīng)正式推出了一款為手機(jī)、MP3播放器和PDA等量身打造的5英寸彈力塑料屏幕。日本精工愛(ài)普生成功開(kāi)發(fā)了世界上第一臺(tái)大屏幕(40英寸)全彩色有機(jī)發(fā)光二級(jí)管顯示器的模型27ppt課件導(dǎo)電高分子應(yīng)用2005年一月初，韓國(guó)三星電子宣布導(dǎo)電高分子應(yīng)用半導(dǎo)體特性的應(yīng)用－太陽(yáng)能電池電高分子可制成太陽(yáng)電池，結(jié)構(gòu)與發(fā)光二極管相近，但機(jī)制卻相反，它是將光能轉(zhuǎn)換成電能。優(yōu)勢(shì)在于廉價(jià)的制備成本，簡(jiǎn)單的制備工藝，具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性。28ppt課件導(dǎo)電高分子應(yīng)用半導(dǎo)體特性的應(yīng)用－太陽(yáng)能電池電高分導(dǎo)電高分子應(yīng)用導(dǎo)體特性的應(yīng)用－導(dǎo)電塑料Macdiarmid研究小組研制出納米電子線(xiàn)路，成本非常低廉，一塊納米電子線(xiàn)路板的成本僅為1美分。2005年日本東北大學(xué)宮下德治研究小組，利用LB膜法研制出了數(shù)十nm厚的導(dǎo)電高分子（聚噻吩）薄膜，使用它設(shè)計(jì)并試制了驅(qū)動(dòng)原理采用電化學(xué)氧化還原反應(yīng)的晶體管。試制出的晶體管在1.2V電壓下工作，導(dǎo)通截止比為2000。具有可印刷、可彎曲等特點(diǎn)。韓國(guó)釜山大學(xué)教授李光熙和亞洲大學(xué)教授李碩炫組成的研究小組成功開(kāi)發(fā)出一種新型高分子導(dǎo)電塑料。這種塑料具有金屬的特性，能在極低溫下（－268℃）導(dǎo)電，克服了傳統(tǒng)高分子導(dǎo)電塑料溫度越低電阻越高的缺點(diǎn)，達(dá)到與金屬相似的導(dǎo)電性。29ppt課件導(dǎo)電高分子應(yīng)用導(dǎo)體特性的應(yīng)用－導(dǎo)電塑料Macdi導(dǎo)電高分子應(yīng)用導(dǎo)體特性的應(yīng)用－RFID標(biāo)簽RFID：無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別標(biāo)識(shí)技術(shù)，這種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的RFID商品標(biāo)簽被認(rèn)為將是今后全球商品交易及物流中采用最廣的技術(shù)之一。塑料RFID標(biāo)簽將來(lái)潛在的市場(chǎng)，包括門(mén)禁管制、貨物管理、資產(chǎn)回收、物料處理、廢物處理、醫(yī)療應(yīng)用、交通運(yùn)輸、防盜應(yīng)用、自動(dòng)控制、聯(lián)合票證等許多領(lǐng)域。印刷用于低價(jià)格無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別體系的無(wú)源元件30ppt課件導(dǎo)電高分子應(yīng)用導(dǎo)體特性的應(yīng)用－RFID標(biāo)簽RFI導(dǎo)電高分子應(yīng)用導(dǎo)體特性的應(yīng)用－有機(jī)高分子導(dǎo)電涂料2005年日本信越聚合物公司（Shin-EtsuPolymer）在“第6屆國(guó)際電子部件商貿(mào)展暨第6屆印刷電路板EXPO”上，展出了導(dǎo)電率高達(dá)200s/cm以上的有機(jī)導(dǎo)電性高分子涂料。涂布時(shí)即使膜厚很薄，也能做到低電阻?？勺鳛橥该麟姌O的水準(zhǔn)，此外也可望用在顯示器等光學(xué)薄膜以及光學(xué)濾鏡的防靜電等用途上。31ppt課件導(dǎo)電高分子應(yīng)用導(dǎo)體特性的應(yīng)用－有機(jī)高分子導(dǎo)電涂料導(dǎo)電高分子應(yīng)用導(dǎo)體特性的應(yīng)用－防靜電、電磁屏蔽、防腐蝕電磁干擾(ElectromagneticInterference，EMI)(也稱(chēng)作電磁污染)。PAN的屏蔽效果最好。當(dāng)PAN膜厚大于50μm時(shí)，其屏蔽效能在80~100dB范圍內(nèi)，滿(mǎn)足工業(yè)和軍事要求。相比于金屬EMI屏蔽材料具有密度小、環(huán)境穩(wěn)定性好、電導(dǎo)率可調(diào)、EMI屏蔽效能尤其是電磁吸收性能好，能夠吸收雷達(dá)波，因此可以做隱身飛機(jī)的涂料。防蝕涂料能夠防腐蝕，可以用在火箭、船舶、石油管道等。32ppt課件導(dǎo)電高分子應(yīng)用導(dǎo)體特性的應(yīng)用－防靜電、電磁屏蔽、導(dǎo)電高分子應(yīng)用人造肌肉(ArtificialMuscle)（機(jī)器人）共軛導(dǎo)電聚合物處于不同的氧化態(tài)時(shí)，其體積有顯著的不同，即對(duì)于外加電壓會(huì)產(chǎn)生體積響應(yīng)。根據(jù)這一特性，可用來(lái)仿制人工肌肉。日本科學(xué)家制造出可與人類(lèi)肌肉相媲美，且無(wú)需馬達(dá)、齒輪等復(fù)雜裝置的人造肌肉。伸縮率可達(dá)15%，相當(dāng)于人的肌肉20%的伸縮率。人造肌肉中一根管狀導(dǎo)電塑料可承重20克，1600根綁在一起可承重20公斤。如果人造肌肉體積和人的肌肉相同，其力量可達(dá)后者的100倍。鯉魚(yú)形狀的它在嘴巴里裝備有攝象機(jī)，同時(shí)可以測(cè)量水下氧氣，為魚(yú)類(lèi)飼養(yǎng)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。日本大阪從事新材料開(kāi)發(fā)的幾家公司，成功用高分子材料的“人造肌肉”制成了一種機(jī)器魚(yú)。33ppt課件導(dǎo)電高分子應(yīng)用人造肌肉(ArtificialMDEFAULTSTYLES04導(dǎo)電高分子前景合成具有高導(dǎo)電率及在空氣中長(zhǎng)期穩(wěn)定的導(dǎo)電聚合物有機(jī)聚合物超導(dǎo)體的研究碳納米管/導(dǎo)電高分子復(fù)合體系的研究34ppt課件DEFAULTSTYLES04導(dǎo)電高分子前景合謝謝各位！35ppt課件35ppt課件ConductivePolymer

導(dǎo)電高分子材料36ppt課件1ppt課件導(dǎo)電高分子01ConductivePolymer

orConductingPolymerorElectroactivePolymerorSyntheticPolymer按材料的導(dǎo)電性分：絕緣體（insulator）半導(dǎo)體（semiconductor）導(dǎo)體（conductor）超導(dǎo)體（superconductor）電導(dǎo)率σ=1/ρ=1/(Ω*m)=S/m

ρ—電阻率，ρ=RS/L單位：mS/m,S/cm,μS/cm…37ppt課件導(dǎo)電高分子01ConductivePolymer導(dǎo)電高分子01Conductivity10-1610-1210-810-4100104108S/cm10-1410-1010-610-2102106

insulatorsemi-conductormetalConjugatedpolymercopperironsilvergermaniumsiliconglassdiamondquartz絕緣體σ<10-10半導(dǎo)體10-10<σ<102導(dǎo)體σ>102超導(dǎo)體σ>102038ppt課件導(dǎo)電高分子01Conductivity10-16發(fā)展歷程011862年：英國(guó)倫敦醫(yī)學(xué)專(zhuān)科學(xué)校H.Letheby在硫酸中電解

苯胺而得到少量導(dǎo)電性物質(zhì)（可能是聚苯胺）。1954年：米蘭工學(xué)院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4為催化劑制

得聚乙炔,雖然有非常好的結(jié)晶體和規(guī)則的共軛結(jié)

構(gòu)，然而難溶解、難熔化、不易加工和實(shí)驗(yàn)測(cè)定，

這種材料未得到廣泛利用。1970年：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)類(lèi)金屬的無(wú)機(jī)聚合物聚硫氮(SN)x具有

超導(dǎo)性。39ppt課件發(fā)展歷程011862年：英國(guó)倫敦醫(yī)學(xué)專(zhuān)科學(xué)校H.Le發(fā)展歷程011975年：A.G.MacDiarmid、A.J.Heeger與H.Shirakawa合作研究，將無(wú)機(jī)導(dǎo)電聚合物研制與有機(jī)導(dǎo)電聚合物研制相結(jié)合。發(fā)現(xiàn)未摻鹵素的順式聚乙炔的導(dǎo)電率為10-8～10-7S/m；未摻鹵素的反式聚乙炔為10-3～10-2S/m，而當(dāng)聚乙炔曝露于碘蒸氣中進(jìn)行摻雜氧化反應(yīng)后，其電導(dǎo)率可達(dá)3000S/m。G.MacDiarmidH.ShirakawaJ.Heeger

艾倫·馬克迪爾米德白川英樹(shù)艾倫·黑格2000年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)40ppt課件發(fā)展歷程011975年：A.G.MacDiarmid、發(fā)展歷程011980年：英國(guó)Durham大學(xué)的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。1983年：加州理工學(xué)院的RobertH.Grubbs以烷基鈦配合物為

催化劑將環(huán)辛四烯轉(zhuǎn)換成了聚乙炔，導(dǎo)電率35000S/m，

但難以加工且不穩(wěn)定。1987年：德國(guó)BASF科學(xué)家HerbertNaarman和NicholasTheophiou在H.Shirakawa方法基礎(chǔ)上150℃改良了合成方法，得到的聚乙炔電導(dǎo)率與銅在同一數(shù)

量級(jí)，達(dá)107S/m。41ppt課件發(fā)展歷程011980年：英國(guó)Durham大學(xué)的W.02導(dǎo)電高分子分類(lèi)主鏈結(jié)構(gòu)具有導(dǎo)電功能的高分子，一般以電子高度離域的共軛聚合物經(jīng)過(guò)適當(dāng)電子受體或供體的摻雜后得到。(廣義)導(dǎo)電高分子材料結(jié)構(gòu)型(本征型)(狹義導(dǎo)電高分子)復(fù)合型

將碳素、金屬、金屬氧化物等導(dǎo)電粒子引入到絕緣高分子材料基材中，得到具有導(dǎo)電性能的多相復(fù)合體系。

在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電學(xué)和力學(xué)性能，成本較低，易于成型和大規(guī)模生產(chǎn)。

不僅具有由于摻雜而帶來(lái)的金屬特性（高電導(dǎo)率）和半導(dǎo)體（p和n型）特性之外，還具有分子可設(shè)計(jì)性，可加工性和密度小等特點(diǎn)。42ppt課件02導(dǎo)電高分子分類(lèi)主鏈結(jié)構(gòu)具有導(dǎo)電02導(dǎo)電高分子分類(lèi)(聚苯亞乙烯)（PAn)43ppt課件02導(dǎo)電高分子分類(lèi)(聚苯亞乙烯)（PAn)8p02導(dǎo)電高分子具有π-共軛體系，經(jīng)過(guò)“摻雜”后具有導(dǎo)電性的一類(lèi)高分子材料的統(tǒng)稱(chēng)。結(jié)構(gòu)通式：[P+x·xA-]n（p—型摻雜）[P-x·xA+]n（n—型摻雜）式中：P+、P-——帶正電和帶負(fù)電的π-共軛體系高分子鏈；

A-

、A+——一價(jià)對(duì)陰離子和一價(jià)對(duì)陽(yáng)離子；x——摻雜度。對(duì)陰離子和對(duì)陽(yáng)離子與高分子鏈之間沒(méi)有化學(xué)鍵合，僅起到正負(fù)電荷平衡的作用44ppt課件02導(dǎo)電高分子具有π-共軛體系，經(jīng)過(guò)“摻雜”后具有導(dǎo)02導(dǎo)電高分子純凈無(wú)缺陷的理想π共軛結(jié)構(gòu)高分子：絕緣體，不導(dǎo)電。導(dǎo)電行為的產(chǎn)生：激發(fā)使π共軛結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷，最常用的方法是摻雜(doping)，其他有光激發(fā)等物理方法。導(dǎo)電高分子的摻雜：在π共軛結(jié)構(gòu)高分子鏈上發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移或氧化還原反應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)由絕緣體向半導(dǎo)體、導(dǎo)體轉(zhuǎn)變的必要途徑。(CH)n+nxA→[(CH)+x·xA-1]n氧化摻雜（I2、ASF5）(CH)n+nxA→[(CH)-x·xA+1]n

還原摻雜（Na、K）

x——摻雜度，即高分子被氧化還原的程度；聚乙炔：x=0~0.1摻雜目的：降低能帶隙45ppt課件02導(dǎo)電高分子純凈無(wú)缺陷的理想π共軛結(jié)構(gòu)高分子：絕緣02導(dǎo)電高分子導(dǎo)電高分子的摻雜VS無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的摻雜摻雜的結(jié)果：在聚合物的空軌道中加入電子或從占有軌道中拉走電子，從而改變?cè)笑须娮幽軒У哪芗?jí)，產(chǎn)生能量居中的半充滿(mǎn)能帶，減小能帶間的能級(jí)差，使自由電子遷移阻力降低。電子遷移阻力降低了，就更容易導(dǎo)電了。46ppt課件02導(dǎo)電高分子導(dǎo)電高分子的摻雜VS無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的摻02導(dǎo)電高分子特性1.導(dǎo)電率變化范圍寬隨摻雜度變化，可在絕緣體－半導(dǎo)體－金屬態(tài)之間變化導(dǎo)電高分子的電導(dǎo)率范圍47ppt課件02導(dǎo)電高分子特性1.導(dǎo)電率變化范圍寬導(dǎo)電高分子的02導(dǎo)電高分子特性2.摻雜-脫摻雜過(guò)程可逆

導(dǎo)電高分子不僅可以摻雜,而且還可以脫摻雜,并且摻雜-脫摻雜的過(guò)程完全可逆。3.具有光學(xué)性能（光誘導(dǎo)吸收、光致發(fā)光等非線(xiàn)性光學(xué)特性）、磁學(xué)性能、電化學(xué)性能（隨氧化/還原過(guò)程，顏色發(fā)生變化）等48ppt課件02導(dǎo)電高分子特性2.摻雜-脫摻雜過(guò)程可逆3.具有02導(dǎo)電高分子聚乙炔PA

Polyacetylene當(dāng)聚乙炔曝露于碘蒸氣中進(jìn)行摻雜氧化反應(yīng)后，其電導(dǎo)率可達(dá)3000S/m。研究最早，最系統(tǒng)，實(shí)測(cè)導(dǎo)電率最高，但由于其穩(wěn)定性差，難以使用。聚乙炔是尚在開(kāi)發(fā)研究中的新型功能高分子，已成功制成太陽(yáng)能電池、電極和半導(dǎo)體材料，但尚未達(dá)到工業(yè)應(yīng)用階段。順式聚乙炔

反式聚乙炔（銅色）（銀白色）49ppt課件02導(dǎo)電高分子聚乙炔PAPolyacetylen02導(dǎo)電高分子聚吡咯Polypyrrole（PPy）此外，還有模板法,也可氣相聚合，制備導(dǎo)電復(fù)合材料五元環(huán)，穩(wěn)定性相對(duì)較好。50ppt課件02導(dǎo)電高分子聚吡咯Polypyrrole（PP02導(dǎo)電高分子聚吡咯Polypyrrole電容器傳感器光電性能導(dǎo)電性好和電化學(xué)可逆性好充電電池的電極材料(太陽(yáng)能電池)超級(jí)電容器導(dǎo)電態(tài)?絕緣態(tài)分子電子器件(二極管、三極管)PPy納米線(xiàn)→納米光電器件電化學(xué)氧化還原性質(zhì)，質(zhì)子酸摻雜行為；當(dāng)PPy膜周?chē)h(huán)境的酸度或化學(xué)氣氛發(fā)生變化，引起其電化學(xué)性質(zhì)的變化PPy基氣敏材料→氣體的檢測(cè)電流型生物傳感器→酶、核酸探測(cè)微波吸收劑具有生物相容性，無(wú)毒害，用作生物醫(yī)用領(lǐng)域及研制人工肌肉、氣體和生物傳感器、電磁屏蔽、隱身材料、抗靜電材料、導(dǎo)電纖維等。51ppt課件02導(dǎo)電高分子聚吡咯Polypyrrole電容器02導(dǎo)電高分子聚噻吩Polythiophene五元雜環(huán)，無(wú)活潑氫。本征態(tài)聚噻吩為紅色無(wú)定型固體，摻雜后則顯綠色。這一顏色變化可應(yīng)用于電致變色器件。（PTh）比利時(shí)愛(ài)克發(fā)(Agfa)公司以PEDOT導(dǎo)電油墨作為電極材料的柔性O(shè)LED聚噻吩不溶不熔，有很高的強(qiáng)度，引入取代基后可溶。雙取代：溶解性較好，制備印刷電路板通孔的內(nèi)表面涂料。應(yīng)用：防腐、抗靜電、有機(jī)太陽(yáng)能電池、化學(xué)傳感、電致發(fā)光器件等聚噻吩的衍生物PEDOT是有機(jī)電致發(fā)光器件制備中重要的空穴傳輸層材料。EDOT（3,4-乙撐二氧噻吩單體）聚合和摻雜性與PPy相似，多為電化學(xué)聚合法。52ppt課件02導(dǎo)電高分子聚噻吩Polythiophene五02導(dǎo)電高分子聚苯胺Polyaniline（PAn）還原單元氧化單元依兩單元所占比例不同，聚苯胺可有三種極端形式。即全還原態(tài)(y=0，簡(jiǎn)稱(chēng)LEB)全氧化態(tài)(y=1，簡(jiǎn)稱(chēng)PNB)中間氧化態(tài)(y=0.5，簡(jiǎn)稱(chēng)EB)，各態(tài)之間可以相互轉(zhuǎn)化。化學(xué)氧化聚合&

縮合聚合&

電化學(xué)聚合53ppt課件02導(dǎo)電高分子聚苯胺Polyaniline（PA02導(dǎo)電高分子聚苯胺Polyaniline表1聚苯胺的氧化還原態(tài)及對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電性54ppt課件02導(dǎo)電高分子聚苯胺Polyaniline表102導(dǎo)電高分子聚苯胺單體價(jià)格低廉，合成工藝簡(jiǎn)單，電導(dǎo)率高，在空氣和溶液中穩(wěn)定，具有獨(dú)特的摻雜現(xiàn)象，良好的電化學(xué)可逆性及電致變色性能，對(duì)外加電壓有體積響應(yīng)。防腐蝕涂料：金屬表面涂覆，能阻止空氣、水和鹽分揮發(fā)，遏制金屬生銹和腐蝕；充當(dāng)催化劑，干擾金屬電化學(xué)氧化反應(yīng)?？轨o電和電磁屏蔽材料：良好的導(dǎo)電性，與高聚物的親合性?xún)?yōu)于碳黑或金屬粉，可以與塑料、橡膠、纖維結(jié)合，如手機(jī)外殼以及微波爐外層防輻射涂料、和軍用隱形材料等。二次電池的電極材料：高純度納米聚苯胺具有良好的氧化還原可逆性，可以作為二次電池的電極材料。碳納米管(CNT)/導(dǎo)電高分子復(fù)合體系——研究熱點(diǎn)。選擇電極：納米聚苯胺對(duì)于某些離子和氣體具有選擇性識(shí)別和透過(guò)率。特殊分離膜高溫材料：熱失重溫度大于200℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他塑料制品。太陽(yáng)能材料：納米聚苯胺有良好的導(dǎo)熱性，導(dǎo)熱系數(shù)是其他材料的2~3倍，可作太陽(yáng)能材料的替代產(chǎn)品。聚苯胺55ppt課件02導(dǎo)電高分子聚苯胺單體價(jià)格低廉，合成工藝簡(jiǎn)單，電02導(dǎo)電高分子聚苯撐/聚對(duì)苯Poly(p-phenylene)（PPP）含有芳環(huán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)聚合物具有相當(dāng)好的熱穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)規(guī)整的高結(jié)晶度的聚苯撐可穩(wěn)定到800~900℃。不溶不熔,加工困難英國(guó)Monsanto公司用芳基化合法合成可溶性PPP,使用交聯(lián)劑,性能優(yōu)良美國(guó)Hughes公司用陽(yáng)離子氧化法制得可溶性聚苯撐,碳纖維復(fù)合材料，燒蝕特性美國(guó)Hercules公司發(fā)明了自固化,不放氣,易加工的H-樹(shù)脂60年代末早期70年代中期弱點(diǎn)：縮合型交聯(lián)劑，有低分子揮發(fā)物，受限制56ppt課件02導(dǎo)電高分子聚苯撐/聚對(duì)苯（PPP）含有芳環(huán)結(jié)1.化學(xué)聚合法（陽(yáng)離子聚合法）導(dǎo)電高分子（聚苯撐）原理借助路易斯酸-氧化劑體系（AlCl3-CuCl2）的催化—氧化作用，從苯出發(fā)，在溫和的反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，一步合成熱穩(wěn)定性很好的聚苯撐。優(yōu)點(diǎn)原料易得，反應(yīng)條件比較溫和，操作簡(jiǎn)單，適宜于帶有取代基的單體進(jìn)行聚合，可溶。缺點(diǎn)反應(yīng)不能自固化，需借助縮合型交聯(lián)劑；固化過(guò)程中有小分子產(chǎn)物釋放，成型加工困難，不易制得結(jié)構(gòu)完整致密的制件。57ppt課件1.化學(xué)聚合法（陽(yáng)離子聚合法）導(dǎo)電高分子（聚苯撐導(dǎo)電高分子（聚苯撐）58ppt課件導(dǎo)電高分子（聚苯撐）23ppt課件2.電化學(xué)聚合法優(yōu)點(diǎn)：易于在電極上制得PPP膜；

純度高，反應(yīng)條件簡(jiǎn)單且容易控制缺點(diǎn)：只適宜于合成小批量的生產(chǎn)導(dǎo)電高分子（聚苯撐）其他合成方法：乳液聚合法、微乳液聚合法59ppt課件2.電化學(xué)聚合法優(yōu)點(diǎn)：易于在電極上制得PPP膜；導(dǎo)電高05導(dǎo)電高分子應(yīng)用光開(kāi)關(guān)光計(jì)算機(jī)隱身偽裝檢測(cè)電磁屏蔽傳感器分子導(dǎo)線(xiàn)發(fā)光二級(jí)管信息存儲(chǔ)隱身雷達(dá)二次電池應(yīng)響速

快性色變

致電吸波性可逆摻雜導(dǎo)

電

性導(dǎo)電高分子60ppt課件05導(dǎo)電高分子應(yīng)用光開(kāi)關(guān)隱身電磁傳感器分子導(dǎo)線(xiàn)信導(dǎo)電高分子應(yīng)用半導(dǎo)體特性的應(yīng)用－發(fā)光二極管（PLED）利用導(dǎo)電高分子與金屬線(xiàn)圈當(dāng)電極，半導(dǎo)體高分子在中間，當(dāng)兩電極接上電源時(shí)，半導(dǎo)體高分子將會(huì)開(kāi)始發(fā)光。比傳統(tǒng)的燈泡更節(jié)省能源而且產(chǎn)生較少的熱，具體應(yīng)用包括平面電視機(jī)屏幕、交通信息標(biāo)志等。2004，13英寸61ppt課件導(dǎo)電高分子應(yīng)用半導(dǎo)體特性的應(yīng)用－發(fā)光二極管（PL導(dǎo)電高分子應(yīng)用2005年一月初，韓國(guó)三星電子宣布開(kāi)發(fā)出世界上最大的5英寸塑料平板顯示器，這款極具彈性的顯示器用極具彈性的塑料取代了剛性玻璃?？梢詮澢?，不會(huì)破碎，其外部設(shè)計(jì)能自由修改。一月末，韓國(guó)三星電子再次宣布，該公司已經(jīng)正式推出了一款為手機(jī)、MP3播放器和PDA等量身打造的5英寸彈力塑料屏幕。日本精工愛(ài)普生成功開(kāi)發(fā)了世界上第一臺(tái)大屏幕(40英寸)全彩色有機(jī)發(fā)光二級(jí)管顯示器的模型62ppt課件導(dǎo)電高分子應(yīng)用2005年一月初，韓國(guó)三星電子宣布導(dǎo)電高分子應(yīng)用半導(dǎo)體特性的應(yīng)用－太陽(yáng)能電池電高分子可制成太陽(yáng)電池，結(jié)構(gòu)與發(fā)光二極管相近，但機(jī)制卻相反，它是將光能轉(zhuǎn)換成電能。優(yōu)勢(shì)在于廉價(jià)的制備成本，簡(jiǎn)單的制備工藝，具有塑料