第五章_電功能高分子第一頁(yè)，共21頁(yè)。電功能高分子主要表現(xiàn)為在特定條件下表現(xiàn)出各種電學(xué)性質(zhì)，如熱電、壓電、鐵電、光電、介電和導(dǎo)電等性質(zhì)。根據(jù)其功能劃分，主要包括導(dǎo)電高分子材料、電絕緣性高分子材料、高分子介電材料、高分子駐極體、高分子光導(dǎo)材料、高分子電活性材料等。同時(shí)根據(jù)其組成情況可以分成結(jié)構(gòu)型電功能材料和復(fù)合電功能材料兩類。電功能高分子材料在電子器件、敏感器件、靜電復(fù)印和特殊用途電池生產(chǎn)方面有廣泛應(yīng)用第二頁(yè)，共21頁(yè)。一、

導(dǎo)電高分子的基本概念物質(zhì)按電學(xué)性能分類可分為絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體和超導(dǎo)體四類。高分子材料通常屬于絕緣體的范疇。

1977年美國(guó)科學(xué)家黑格（A.J.Heeger）、麥克迪爾米德（A.G.MacDiarmid）和日本科學(xué)家白川英樹（H.Shirakawa）發(fā)現(xiàn)摻雜聚乙炔具有金屬導(dǎo)電特性以來(lái)，有機(jī)高分子不能作為導(dǎo)電材料的概念被徹底改變。

概述第三頁(yè)，共21頁(yè)。二、導(dǎo)電材料的分類導(dǎo)電材料金屬、合金導(dǎo)電高分子復(fù)合型本征型自由電子正負(fù)離子氧化還原電子轉(zhuǎn)移載流子第四頁(yè)，共21頁(yè)。

導(dǎo)電高分子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，還具有高分子結(jié)構(gòu)的可分子設(shè)計(jì)性，可加工性和密度小等特點(diǎn)。為此，從廣義的角度來(lái)看，導(dǎo)電高分子可歸為功能高分子的范疇。導(dǎo)電高分子具有特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能使它在能源、光電子器件、信息、傳感器、分子導(dǎo)線和分子器件、電磁屏蔽、金屬防腐和隱身技術(shù)方面有著廣泛、誘人的應(yīng)用前景。

第五頁(yè)，共21頁(yè)。導(dǎo)電高分子自發(fā)現(xiàn)之日起就成為材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)。經(jīng)過(guò)近三十年的研究，導(dǎo)電高分子無(wú)論在分子設(shè)計(jì)和材料合成、摻雜方法和摻雜機(jī)理、導(dǎo)電機(jī)理、加工性能、物理性能以及應(yīng)用技術(shù)探索都已取得重要的研究進(jìn)展，并且正在向?qū)嵱没姆较蜻~進(jìn)。本章主要介紹導(dǎo)電高分子的結(jié)構(gòu)特征和基本的物理、化學(xué)特性，并評(píng)述導(dǎo)電高分子的重要的研究進(jìn)展。第六頁(yè)，共21頁(yè)。按照材料的結(jié)構(gòu)與組成，可將導(dǎo)電高分子分成兩大類：結(jié)構(gòu)型（本征型）導(dǎo)電高分子

復(fù)合型導(dǎo)電高分子一、結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子

結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子本身具有“固有”的導(dǎo)電性，由聚合物結(jié)構(gòu)提供導(dǎo)電載流子（包括電子、離子或空穴）。這類聚合物經(jīng)摻雜后，電導(dǎo)率可大幅度提高，其中有些甚至可達(dá)到金屬的導(dǎo)電水平。

導(dǎo)電高分子第七頁(yè)，共21頁(yè)。

迄今為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子研究得較為深入的品種有聚乙炔、聚對(duì)苯硫醚、聚對(duì)苯撐、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。其中以摻雜型聚乙炔具有最高的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率可達(dá)5×103～104Ω-1·cm-1（金屬銅的電導(dǎo)率為105Ω-1·cm-1）。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子第八頁(yè)，共21頁(yè)。

一般認(rèn)為，四類聚合物具有導(dǎo)電性：高分子電解質(zhì)共軛體系聚合物電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物金屬有機(jī)螯合物第九頁(yè)，共21頁(yè)。共軛體系的導(dǎo)電機(jī)理

共軛聚合物是指分子主鏈中碳—碳單鍵和雙鍵交替排列的聚合物，典型代表是聚乙炔：－CH=CH－由于分子中雙鍵的π電子的非定域性，這類聚合物大都表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性。（1）共軛聚合物的電子導(dǎo)電第十頁(yè)，共21頁(yè)。

按量子力學(xué)的觀點(diǎn)，具有本征導(dǎo)電性的共軛體系必須具備兩條件。第一，分子軌道能強(qiáng)烈離域；第二，分子軌道能互相重疊。

在共軛聚合物中，電子離域的難易程度，取決于共軛鏈中π電子數(shù)和電子活化能的關(guān)系。

共軛聚合物的分子鏈越長(zhǎng)，π電子數(shù)越多，則電子活化能越低，亦即電子越易離域，則其導(dǎo)電性越好。第十一頁(yè)，共21頁(yè)。如果完全不含雜質(zhì)，聚乙炔的電導(dǎo)率也很小。然而反式聚乙炔是電子受體型的，它容易與適當(dāng)?shù)碾娮邮荏w或電子給體發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，提高其導(dǎo)電率，其聚合催化劑的殘留與其發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。為什么順式電導(dǎo)率并不高，反式聚乙炔卻有較高的電導(dǎo)率？？？②共軛聚合物的摻雜及導(dǎo)電性第十二頁(yè)，共21頁(yè)。

共軛聚合物的摻雜濃度可以很高，最高可達(dá)每個(gè)鏈節(jié)0.1個(gè)摻雜劑分子。隨摻雜量的增加，電導(dǎo)率可由半導(dǎo)體區(qū)增至金屬區(qū)。摻雜的方法可分為化學(xué)法和物理法兩大類，前者有氣相摻雜、液相摻雜、電化學(xué)摻雜、光引發(fā)摻雜等，后者有離子注入法等。第十三頁(yè)，共21頁(yè)。2.復(fù)合型導(dǎo)電高分子復(fù)合型導(dǎo)電高分子是以普通的絕緣聚合物為主要基料（成型物質(zhì)），并在其中摻入較大量的導(dǎo)電填料配制而成的。外觀形式和制備方法、導(dǎo)電機(jī)理都與摻雜型結(jié)構(gòu)導(dǎo)電高分子完全不同。

基本概念第十四頁(yè)，共21頁(yè)?；稀獙?dǎo)電顆粒牢固地粘結(jié)在一起，使導(dǎo)電高分子具有穩(wěn)定的導(dǎo)電性，同時(shí)它還賦于材料加工性。高分子材料的性能對(duì)導(dǎo)電高分中的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、耐老化性都有十分重要的影響。填料——在復(fù)合型導(dǎo)電高分子中起提供載流子的作用，它的形態(tài)、性質(zhì)和用量直接決定材料的導(dǎo)電性。復(fù)合型導(dǎo)電高分子第十五頁(yè)，共21頁(yè)。從原則上講，任何高分子材料都可用作復(fù)合型導(dǎo)電高分子的基質(zhì)。實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)使用要求、制備工藝、材料性質(zhì)和來(lái)源、價(jià)格等因素綜合考慮，選擇合適的高分子材料。

如何選擇基料？第十六頁(yè)，共21頁(yè)。目前用作復(fù)合型導(dǎo)電高分子基料的主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯、聚氨酯、聚酰亞胺、有機(jī)硅樹脂等。此外，丁基橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠和天然橡膠也常用作導(dǎo)電橡膠的基質(zhì)。第十七頁(yè)，共21頁(yè)。

常用的導(dǎo)電填料有金粉、銀粉、銅粉、鎳粉、鈀粉、鉬粉、鋁粉、鈷粉、鍍銀二氧化硅粉、鍍銀玻璃微珠、炭黑、石墨、碳化鎢、碳化鎳等。

如何選擇填料？第十八頁(yè)，共21頁(yè)。GoodAdvantages

例如在聚乙烯中加入粒徑為10～300μm的導(dǎo)電炭黑，可使聚合物變?yōu)榘雽?dǎo)體(σ＝10-6～10-12Ω-1·cm-1)，而將銀粉、銅粉等加入環(huán)氧樹脂中，其電導(dǎo)率可達(dá)10-1～10Ω-1