【2017年整理】导电高分子论文85370.docVIP

PAGE PAGE 2 导电高分子材料的分类及应用 王英 【摘要】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。本文介绍了近几年来导电高分子材料的研究进展及其在各个领域的应用。并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;导电机理;应用 0 前言 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，有机高分子不能作为电解质的概念被彻底改变。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。 1 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。 1.1 结构型导电高分子 结构型导电高分子材料是指本身具有导电性或经掺杂后具有导电性的聚合物材料，也称作本征型导电高分子材料，是由具有共轭∏键或部分共轭∏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，如聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PAn)、聚乙炔(PA)等。不需掺杂的结构型导电高分子材料至今只有聚氮化硫一类，而大多数均需采用一定的手段进行掺杂才能具有较好的导电性。 在众多导电高分子中，聚苯胺由于原料易得、合成简便、耐高温及抗氧化性能良好等优点而受到广泛的关注，是目前公认的最具有应用潜力的导电高分子材料之一。聚苯胺的电导率掺杂前后相差近10个数量级，而许多特殊的光学性质也受掺杂度影响，因此掺杂一直是聚苯胺研究中的重点。随着电化学表面等离子共振仪(ESPR)和电化学石英微天平(EQCM)等技术的应用，聚苯胺掺杂研究正逐步从定性走向定量，Baba和Damos分别在实验中利用ESPR和EQCM技术研究掺杂聚苯胺纳米薄膜的光学特性，获得了聚苯胺薄膜电致变色特性的相关数据，证明了掺杂聚苯胺纳米薄膜的光学行为严格遵循Sauerbray方程，并在薄膜中质子电导占优势时表现显著。 1.2 复合型导电高分子 复合型导电高分子材料是以高分子聚合物作基体,加入相当数量的导电物质组合而成的,兼有高分子材料的加工性和金属导电性。根据在基体聚合物中所加入导电物质的种类不同又分为两类:填充复合型导电高分子材料和共混复合型导电高分子材料. 填充复合型导电高分子材料通常是在基体聚合物中加入导电填料复合而成。根据导电填料的不同,填充型导电聚合物复合材料可分为炭黑填充型、金属填充型、纤维填充型等。 由炭黑填充制成的复合导电高分子材料是目前用途最广、用量最大的一种导电材料。复合材料导电性与填充炭黑的填充量、种类、粒度、结构及空隙率等因素有关,一般来说粒度越小,孔隙越多,结构度越高,导电值就越高。乙炔炭黑是人们常用的一种导电炭黑。焦冬生等研究了乙炔炭黑填充量对硅橡胶导电性能的影响。结果表明:试样体积电阻率随乙炔炭黑用量的增加呈现降低趋势,用量超过30份时,橡胶的体积电阻率迅速减小;当乙炔炭黑用量大于40份时,橡胶的体积电阻率下降趋缓,体积电阻率最小值不大于4.5Ω·cm。 金属材料具有优良的导电性能,是制备导电复合材料的重要填料。镀银颗粒是人们对金属颗粒(铜粉、铝粉等)或无机颗粒(玻璃微珠等) 表面镀银而制得,由于镀银颗粒表面银层固有体积电阻率很低,从而降低了整个颗粒的体积电阻率。I.Krupa等在高密度聚乙烯(HDPE) 中添加了镀银聚酰胺(PA)颗粒,在镀银填料体积分数为32.9%时,使复合材料的导电率达到6.8×102 S ·cm-1。 共混复合型导电高分子材料是在基体聚合物中加入结构型导电聚合物粉末或颗粒复合而成，其合成方法主要有溶液共混法、熔融共混法、直接涂布法、悬浮液共混法、模板辅助聚合法和原位乳液聚合法等。 溶液共混法是用导电聚合物与基体聚合物溶液或者浓溶液混合，冷却除去溶剂成型制备共混导电