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大学物理当代物理前沿专题 高分子材料导论课程论文 班级：物13本1 学号：1205210113 姓名：高旭 2016 年 6 月 30 日 导电高分子材料 摘　要　长期以来,高分子材料由于具有良好的机械性能,作为结构材料得到广泛的用。关于电性能,人们一直只利用高分子材料的介电性,将其作为电绝缘材料使用。而它的导电性的发现、研究及开发则比较晚, 直到1977年才发现了第一个导电有机聚合物——掺杂型聚乙炔, 它具有类似金属的电导率。其后世界各国大批科学家相继研究导电高分子材料,成为高分子材料中非常活跃的一个领域。本文介绍了导电高分子材料的概念及分类,重点讨论了导电高分子材料的导电机理及其在抗静电和导电、自然温发热材料、电磁屏蔽等领域的应用。 关键词　导电高分子　导电机理　应用 1.导电高分子材料的分类 导电性高分子材料一般分为结构型和复合型两大类。结构型导电高分子聚合物是1977年才发现的，它是有机聚合掺杂后的聚乙炔，具有类似金属的电导率。而纯粹的结构型导电高分子聚合物至今只有聚氮化硫类，其它许多导电聚合物几平均需采用氧化还原、离子化或电化学等手段进行掺杂之后才能有较高的导电性。其代表性的产物有聚乙炔、聚对苯撑、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。还有一种叫作热分解导电高分子，这是把聚酰亚胺、聚丙烯腈等在高温下热处理，使之生成与石墨结构相近的物质，从而获得导电性。这些热分解导电高分子的特征是无须掺杂处理，故具有优异的稳定性。结构型导电高分子材料的主要用途是导电材料、蓄电池电极材料、光功能元件、半导体材料，其研究开发主要集中在以T4个方面：①具有与金属相同的电导率；②在空气中是稳定的；③具有高功能；④具有良好的加工成型性。??另一类被称之为复合型导电高分子材料，它是由导电性物质与高分子材料复合而成。这是一类已被广泛应用的功能性高分子材料。 2.导电机理 所谓结构型导电高分子是高分子本身结构显示导电性, 通过离子或电子而导电。所以, 结构型导电高分子材料又可分为电子导电高分子材料和离子导电高子材料两类。 2.1结构型导电高分子的导电机理 有机固体要实现导电,首先要有易定向移动的载流子。电子导电的结构型高分子材料的载流子来源于它内部的含有部分占据的轨道的特殊结构。在下列三种情况下,见图1(a)为轨道全满,电子只能跃迁到LUMO轨道,但这需要很高的活化能, 这种有机固体常为绝缘体。(b)虽为部分占有轨道,但在这种半满情况下的电子跃迁既要克服同一轨道上两个电子间的库伦斥力,又要破坏原有的平衡体系,所需要的活化能也较高,这种有机固体在常温下为半导体或绝缘体。(c)既满足轨道部分占有,且电子跃迁后体系保持原态, 电子只需较小的活化能即可实现跃迁, 成为易定向移动的载流子电导率一般较高,为半导体或导体。 2.2复合型导电高分子的导电机理 复合型导电高分子材料是通过在一般高分子中加入各种导电填料、添加剂, 采用分散复合、层积复合、使其表面形成导电膜等方法制成。它的导电机理比较复杂。一般可分为导电回路如何形成以及回路形成后如何导电两个方面。对于第一个方面,人们是从导电渗滤现象开始研究的。大量的实验研究结果表明,是复合体系中导电填料的含量增加到某一临界含量时,体系的电阻率急剧降低,电阻率—导电填料含量曲线上出现一个狭窄的突变区域,在此区域中,导电填料含量的任何细微变化均会导致电阻率的显著改变,这种现象(Pereolation phenomenon)通常称为“渗滤”现象, 在突变区域之后, 体系电阻率随导电填料含量的变化又恢复平缓。　　 为了解释复合型导电高分子的导电渗杂现象,人们提出了各种不同的理论。其中较为成功的理论是等人提出的热力学理论。该理论认为高分子树脂基体与导电填料之间的界面效应对复合体系中导电回路的形成具有很大的影响。在复合型导电高分子材料的制备过程中,导电填料粒子的自由表面变成湿润的界面,形成聚合物—填料界面层,体系产生了界面能过剩,随着导电填料含量的增加,聚合物—填料的界面能过剩不断增大。当体系界面能过剩达到一个与聚合物种类无关的普适常数之后,导电粒子开始形成导电网络,宏观上表现为体系的电阻率突降。 3.导电高分子材料的应用 尽管人们对导电高分子材料的研究起步较晚,但由于导电高分子具有下列特点:（1）与金属相比, 重量轻；（2）成型性好,用浇铸模、压等比较简易的方法就能使其纤维化、薄膜化、制成涂料, 以及得到人们所需要的其他形状。而且易于加工成大面积的轻质的可挠性薄膜,以其大的面积厚度比来补偿它的电导率较低的不足。（3）易于合成和进行分子设计、材料设计,从而能较好地满足科学技术对这类功能材料提出的各种要求。（4 ）原料来源广等等。展现了其广阔的应用前景,受到世界各国科学家的重视,发展非常快。尤其是复合型导电高分子材料, 因其成本较低