導電高分子材料.ppt

導電高分子材料ConductivePolymer 什么是導電高分子材料 定義 導電高分子材料 也稱導電聚合物 因此具有聚合物重復單元結(jié)構(gòu)特征且在電場作用下能顯示電流通過的材料均稱為導電高分子材料 長期以來 高分子材料由于具有良好的機械性能 作為結(jié)構(gòu)材料得到了廣泛的應(yīng)用 關(guān)于電性能 人們一直只利用高分子材料的介電性 將其作為電絕緣材料使用 日常生活中使用的插頭 插座 電器的外殼等也都是用塑料制成的 而它的導電性的發(fā)現(xiàn) 研究及開發(fā)則比較晚 直到1977年才發(fā)現(xiàn)了第一個導電有機聚合物 摻雜型聚乙炔 用電子受體摻雜 電導率可提高約12個數(shù)量級 最高可接近103S cm 達到金屬Bi的電導率 他們證實了19世紀初人們從理論提出的長鏈聚合物材料可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俚念A言是正確的 在之后的幾年里 他們相繼合成了聚對苯撐 聚吡咯等結(jié)構(gòu) 本征 型導電高分子材料 并且研究了新的物理現(xiàn)象 這一發(fā)現(xiàn)不僅改變了高分子作為絕緣體的傳統(tǒng)概念 而且也開創(chuàng)了一個新型的多學科交叉的研究領(lǐng)域 導電高分子材料 簡寫為ICP 他們?nèi)艘惨虼双@得2000年度諾貝爾化學獎 1862年 英國倫敦醫(yī)學?？茖W校H Letheby在硫酸中電解苯胺而得到少量導電性物質(zhì) 可能是聚苯胺 1954年 米蘭工學院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 不易加工和實驗測定 這種材料未得到廣泛利用 發(fā)展歷程 1970年 科學家發(fā)現(xiàn)類金屬的無機聚合物聚硫氮 SN x具有超導性 1975年 A G MacDiarmid A J Heeger與H Shirakawa合作研究 將無機導電聚合物研制與有機導電聚合物研制相結(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 而當聚乙炔曝露于碘蒸氣中進行摻雜氧化反應(yīng)后 其電導率可達3000S m 01 2020 1 15 導電高分子材料的分類 結(jié)構(gòu)型導電高分子材料 復合型導電高分子材料 2020 1 15 1 1結(jié)構(gòu)型導電高分子材料 定義 結(jié)構(gòu)型導電高分子材料是指高分子本身或少量摻雜后具有導電性質(zhì)的高分子材料 一般是由電子高度離域的共軛聚合物經(jīng)過適當電子受體或供體進行摻雜后制得的 特點 結(jié)構(gòu)型導電高分子材料具有易成型 質(zhì)量輕 結(jié)構(gòu)易變和半導體特性 2020 1 15 最早發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)型導電高分子聚合物是用碘摻雜后形成的聚乙炔 后來人們又相繼開發(fā)出了聚苯硫醚 聚吡咯 聚噻吩 聚苯胺等導電高分子材料 這些材料摻雜后電導率可達到半導體甚至金屬導體的導電水平 2020 1 15 聚乙炔 聚苯硫醚 聚苯胺 2020 1 15 從導電時載流子的種類來看 結(jié)構(gòu)型導電高分子材料又被分為兩類 離子型 電子型 2020 1 15 離子型離子型導電高分子通常又稱為高分子固體電解質(zhì) 他們導電時的載流子主要是離子 電子型電子型導電高分子指的是以共軛高分子為主體的導電高分子材料 導電時的載流子是電子 或空穴 這類材料是目前世界導電高分子中研究開發(fā)的重點 2020 1 15 復合型導電高分子材料 定義復合型導電高分子材料又稱攙和型導電高分子材料 它是以高分子材料為基體 加入導電性物質(zhì) 通過共混 層積 梯度或表面復合等方法 使其表面形成導電膜或整體形成導電體的材料 分類根據(jù)在基體聚合物中所加入導電物質(zhì)的種類不同 導電高分子化合物可分為 共混復合型導電高分子材料和填充復合型導電高分子材料 2020 1 15 共混復合型導電高分子材料是在基體聚合物中加入結(jié)構(gòu)型導電聚合物粉末或顆粒復合而成 填充復合型導電高分子材料通常是在基體聚合物中加入導電填料復合而成 2020 1 15 對于填充型導電高分子材料 目前用作復合型導電高分子基體的主要有聚乙烯 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 有機硅樹脂等 填充型導電高分子材料的導電填料主要有 抗靜電材料 炭系材料 炭黑 石墨 碳纖維 金屬氧化物系材料 金屬系材料 銀 金 鎳 銅 各種導電金屬鹽以及復合材料 2020 1 15 填充型導電高分子材料示意圖 2020 1 15 導電機理 滲流理論 隧道效應(yīng)理論 場致發(fā)射理論 復合型導電高分子材料的制作方法1導電填料分散復合法2導電材料層積復合法3表面導電膜形成法 2020 1 15 復合型導電高分子材料的優(yōu)點 與傳統(tǒng)高分子材料相比 復合型導電高分子材料既有良好的導電性 導熱性以及電磁屏蔽性 又具有基體高聚物的熱塑性 柔韌性以及成型性 因而具有加工性好 工藝簡單 耐腐蝕 電導率可調(diào)范圍大 價格低等很多優(yōu)良的特點 因此具有良好的商業(yè)前景 很多復合型導電高分子材料已經(jīng)用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn) 2020 1 15 導電高分子材料的應(yīng)用 1導電高分子在顯示材料方面的應(yīng)用2電磁屏蔽材料3金屬防腐與防污4導電高分子在作為電極材料方面的應(yīng)用 2020 1 15 導電高分子在顯示材料方面的應(yīng)用 近年來 隨著科技進步 個人計算機 網(wǎng)絡(luò)及信息傳播的普遍化 顯示器成為了人機互動不可或缺的重要角色 而不斷進步的顯示技術(shù)更是帶動了顯示器產(chǎn)業(yè)跨躍式的發(fā)展 平板顯示器稱是目前最重要的光電產(chǎn)品之一 其與日常生活的緊密相關(guān)性 使得光電企業(yè)多年來不斷地努力研發(fā)新的平板顯示器 以追求更完美的功能 主流的平板顯示器從陰極射線管顯示器發(fā)展到了液晶顯示器 在新的平面顯示器行列中 OLED是業(yè)界公認的可能替代液晶顯示器 LCD 的新一代顯示器 2020 1 15 什么是OLED 有機電致發(fā)光 OLE 就是指有機材料在電流或電場的激發(fā)作用下發(fā)光的現(xiàn)象 根據(jù)所使用的有機電致發(fā)光材料的不同 人們有時將利用有機小分子為發(fā)光材料制成的器件稱為有機電致發(fā)光器件 簡稱OLED 而將利用高分子作為電致發(fā)光材料制成的器件稱為高分子電致發(fā)光器件 簡稱PLED 但通常將兩者籠統(tǒng)地稱為有機電致發(fā)光器件 也簡稱OLED 2020 1 15 有機電致發(fā)光的研究歷史 1 1963年P(guān)ope等發(fā)現(xiàn)有機材料單晶蒽的電致發(fā)光現(xiàn)象 2 1977年Chiang等發(fā)現(xiàn)具有高度共軛結(jié)構(gòu)聚乙炔的導電特性 3 1982年Vincett將有機電致發(fā)光的工作電壓降至30V 4 1987年Tang等人首先報道8一羥基喹啉鋁薄膜的電致發(fā)光 5 1990年Friend等報告在低電壓下高分子PPV的電致發(fā)光現(xiàn)象 6 1992年Heeger等發(fā)明用塑料作為襯底柔性高分子電致發(fā)光器件 2020 1 15 有機電致發(fā)光的研究歷史 7 1992年Uchida等發(fā)現(xiàn)藍光材料聚烷基芴 8 1994年Burn等制備共軛 非共軛單體聚合得到的交替型嵌段共聚物 9 1995年Fou等提出制備OLED的多層自組裝技術(shù) 10 1997年Forrest等發(fā)現(xiàn)電致磷光現(xiàn)象 突破了有機電致發(fā)光材料量子效率低于25 的限制 11 1998年Kido等實現(xiàn)電致發(fā)光白光 12 1998年Hebner等發(fā)明噴墨打印法制備電致發(fā)光器件 13 2003年交聯(lián)法制備多層高分子電致發(fā)光器件 2020 1 15 OLED的基本工作原理 有機薄膜發(fā)光二極管發(fā)光機理 目前普遍公認的是能帶理論模型 認為OEL發(fā)光屬于注入式發(fā)光 即由陽極注入的空穴和陰極注入的電子 在發(fā)光層復合后產(chǎn)生激子 激子自身通過光輻射形式釋放光子回到基態(tài) 或?qū)⒛芰總鬟f給發(fā)光層分子 激發(fā)發(fā)光材料的電子從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài) 然后以光輻射躍遷形式返回基態(tài) 2020 1 15 OLED的基本工作原理 其發(fā)光過程概括為以下五個階段 載流子的注入 電子和空穴分別從陰極和陽極注入夾在電極之間功能薄膜發(fā)光層中 載流子的傳輸 載流子分別從電子傳輸層和空穴傳輸層向發(fā)光層遷移 雙分子復合 空穴和電子在發(fā)光層中相遇 復合 激發(fā)子的能量傳遞給發(fā)光材料 使電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài) 激發(fā)態(tài)能量通過輻射失活 產(chǎn)生光子 釋放能量回到基態(tài) 2020 1 15 高分子作為電致發(fā)光材料 高分子電致發(fā)光材料均為含有共軛結(jié)構(gòu)的高聚物材料 目前廣泛研究并常用的高分子電致發(fā)光材料主要有以下幾類 聚苯撐乙烯類 PPVs 聚乙炔類 PAs 聚對苯類 PPPs 聚噻吩類 PTs 聚芴類 PFs 和其他高分子電致發(fā)光構(gòu)料 下面簡單介紹其中幾種材料 2020 1 15 高分子作為電致發(fā)光材料 聚對苯乙烯撐 PPvs 是第一個被報道用作發(fā)光層制備電致發(fā)光器件的高分子 也是20年來研究的最多的高分子電致發(fā)光材料之一 幾種PPVs的結(jié)構(gòu) 聚乙炔是第一個顯示有金屬傳導性的共軛聚合物 但其電致發(fā)光效率卻很低 人們利用烷基和芳香基團取代氫原子或采用共聚合的方法合成了一些發(fā)光效率較好的聚乙塊的衍生物 烷基和苯基取代聚乙炔 2020 1 15 高分子作為電致發(fā)光材料 PPPs材料由于其帶寬較高 是一類可發(fā)藍光的材料 加之其良好的熱穩(wěn)定性和較高的發(fā)光效率 因此是一類重要的電致發(fā)光材料 2020 1 15 高分子作為電致發(fā)光材料 聚噻吩PTs及其衍生物作為一類重要的共軛聚合物因其摻雜前后良好的穩(wěn)定性 容易進行結(jié)構(gòu)修飾 其電化學性質(zhì)可控 在光學 電學 光電轉(zhuǎn)換 電光轉(zhuǎn)換等方面已有廣泛的研究和應(yīng)用 是僅次于PPV的高分子材料 2020 1 15 參考文獻 1 OLED技術(shù)及其國內(nèi)外發(fā)展狀況陸招揚 2 有機電致發(fā)光器件 OLED 的制備方法和工藝楊輝 3 黃春輝李宦友黃維著 2020 1 15 導電高分子應(yīng)用2 電磁屏蔽材料 化學1101高帥 2020 1 15 目前對工業(yè)產(chǎn)品的電磁兼容 EMC 的要求增高 必須對設(shè)備進行電磁屏蔽 提高設(shè)備的可靠性 安全性 電磁波引起的電磁干擾 EMI 與電磁兼容 EMC 問題日益嚴重 成為威脅人類健康的第四大公害 電磁屏蔽 2020 1 15 一 電磁屏蔽原理 電磁屏蔽是指電磁波的能量被材料吸收或反射后所造成的衰減 通常以屏蔽效能 SE 表示 所謂屏蔽效能是指未加屏蔽時某一觀測點的電磁波功率密度與經(jīng)屏蔽后同一觀測點的電磁波功率密度之比 即屏蔽材料對電磁波的衰減值為 SE 20lg Pi P0 式中 Pi和P0分別表示入射和透射電磁波的功率密度 屏蔽效能的單位為dB 衰減值越大 表明屏蔽效果越好 2020 1 15 使用金屬及其復合材料 它們具有較好的屏蔽性能 密度大 成本高 生產(chǎn)效率低 加工性能差 2020 1 15 易成型 屏蔽性能好 生產(chǎn)效率高 質(zhì)量輕 高分子電磁屏蔽材料 2020 1 15 二 電磁屏蔽涂料的種類 1 復合型電磁屏蔽涂料主要是由樹脂 稀釋劑 添加劑及導電填料等組成 根據(jù)填料種類不同 可分為金屬系和碳系電磁屏蔽涂料 2 結(jié)構(gòu)型電磁屏蔽涂料主要是以導電聚合物與其它樹脂混合組成復合涂料 典型代表物有聚苯胺 PAN 聚吡咯 PPy 聚噻吩 PTh 聚乙炔 PA 等 2020 1 15 三 電磁屏蔽涂料的應(yīng)用 1 復合型電磁屏蔽涂料 1 金屬填充電磁屏蔽涂料銀系導電涂料 銅系導電涂料 鎳系導電涂料 使用最多的是銀系導電涂料 銀系涂料性能穩(wěn)定 屏蔽效能極佳 但其成本太高 鎳系涂料價格適中 屏蔽效果好 抗氧化能力比銅強 但鎳系涂料在低頻區(qū)的屏蔽效果不如銅系涂料 銅系涂料雖然屏蔽效果好 但抗氧化性差 2020 1 15 2 碳填充電磁屏蔽涂料碳類導電填料屬于半導體 所形成的涂料導電率遠小于金屬類填料形成的導電涂料 但碳類填料價廉 質(zhì)輕 通過一些改進 可以提高其電導率和電磁屏蔽效能 例如 以涂銀碳納米管 涂鎳碳納米管及碳納米管作為導電填料 可以大大提高碳納米管的導電性 2020 1 15 2 結(jié)構(gòu)型導電高分子材料 1 聚苯胺聚苯胺是導電高分子領(lǐng)域最具應(yīng)用價值的品種 兼具金屬的導電性和塑料的可加工性及金屬和塑料所欠缺的化學和電化學性能 同時還具有溶液加工性 能與其它樹脂進行摻和 其電導率可以通過化學或電化學方法來加以調(diào)節(jié) 可廣泛應(yīng)用于電子化學 船舶工業(yè) 石油化工 國防等諸多領(lǐng)域 例如 以樟腦磺酸 CSA 摻和聚苯胺 制得聚苯胺 聚氨醋 PANI PU 納米復合涂料 以十二烷基苯磺酸 DBSA 摻和聚苯胺 PANI 再與乙烯 醋酸乙烯酯共聚物混合的復合涂料 以過硫酸銨 苯胺等為原料合成聚苯胺 并用甲苯磺酸 TSA 摻和聚苯胺粉末 與聚丙烯酸醋混合 輔以一定的溶劑以及助劑 得到了聚苯胺 聚丙烯酸醋復合涂料 2020 1 15 2 聚吡咯 PPy 在諸多的導電聚合物中 聚毗咯具有質(zhì)輕 環(huán)境穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性好 有相對較高的電導率 易于電化學制備成膜 無毒等優(yōu)點 摻雜PPy作為一種新興的導電材料 已廣泛應(yīng)用于傳感器 固態(tài)電池 電磁屏蔽 LEO顯示器及電解電容器的制造 例如 將萘磺酸 NSA 摻和聚吡咯 醌蒽磺 AQSA 摻和聚吡咯 聚吡咯 金屬銀 鈀混合物涂在織物表面 得到功能性的紡織品 2020 1 15 參考文獻 導電高分子材料在電磁屏蔽的效能分析梁韶華欽州學院學報2006年第6期高分子導電復合材料的導電機理及其電磁屏蔽作用分析張澎濤林業(yè)機械與木工設(shè)備2006年第6期導電高分子在電磁屏蔽材料中的應(yīng)用李春華工程塑料應(yīng)用2005年第11期電磁功能高分子復合物研究進展曹淵 陶長元 杜軍 劉作華高分子通報2007年1月 2020 1 15 導電高分子的應(yīng)用3 金屬防腐與防污 導電高分子聚苯胺和聚吡咯等在鋼鐵和鋁表面形成均勻致密的聚合物膜 通過電化學防腐 隔離環(huán)境中的氧和水分的化學防腐共同作用 可有效的防止各種合金鋼和合金鋁的腐蝕 膜下金屬到有效的保護 2020 1 15 導電高分子應(yīng)用 導電聚合物的防腐行為主要特點表現(xiàn)在 1 普適性 即在適當?shù)臈l件下 聚苯胺 聚吡咯對各種合金鋼和合金鋁品種具有防腐蝕能力 2 除了對氧和水分的隔離作用外 電化學腐蝕機理起重要作用 3 由于PAn與金屬間的氧化還原反應(yīng) 在金屬表面形成致密透明的氧化物膜 是底層金屬獲得保護的主要原因 2020 1 15 劃痕保護作用 劃痕保護作用是在涂層上劃上1mm寬劃痕 露出的金屬表面在海水或烯酸中依然受到保護 甚至一塊金屬的一部分涂覆PAn后 未涂覆的部分也會受到保護 利用鋼鐵表面PAn的劃痕保護作用 可以開發(fā)導電聚合物防腐涂料 但由于純PAn在金屬表面附著力不好 這匯總涂料通常是PAn與已知的涂料聚合物混用 將涂料聚合物的粘著力 流平性及與顏料等添加劑的相容性與PAn的防腐性相結(jié)合 形成復合防腐涂料 2020 1 15 導電高分子材料還可以制成其他與我們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的實用產(chǎn)品 比如 可根據(jù)外界條件變化調(diào)節(jié)居室環(huán)境的智能窗戶 發(fā)光交通標志 太陽能電池等等 使人們的生活更加舒適 2020 1 15 導電高分子在作為電極材料方面的應(yīng)用 化學1101王凌乾1111081015 2020 1 15 導電高分子在作為電極材料方面的應(yīng)用 一 化學合成聚 3 甲基噻吩 二 粘合劑在電極方面的應(yīng)用三 高分子在染料敏化鈉晶TiO2太陽電池中的應(yīng)用四 聚苯胺導電材料在二次電池電極材料中的應(yīng)用五 導電高分子材料的導電網(wǎng)絡(luò)形態(tài)調(diào)控及其功能化 2020 1 15 一 化學合成聚 3 甲基噻吩 其主要運用是制備復合電極 按一定比例稱取聚 3 甲基噻吩 乙炔黑 由于乙炔黑的量很少 因此在電容方面的作用可以忽略不計 主要用于提高復合膜的電導 P VDF HFP 加入N 甲基吡咯烷酮 NMP 溶解成一懸濁液 滴加適量丙酮使之粘度下降 高速攪拌2h 蒸發(fā)部分丙酮使懸濁液達到一定粘度 將此懸濁液涂于石墨電極 電流收集器 上 待晾干后 抽真空 保持數(shù)小時 所得的復合膜中各組分比例為 55 0 聚 3 甲基噻吩 42 4 P VDF HFP 2 6 導電碳黑 2020 1 15 二 粘合劑在電極方面的應(yīng)用 鎘鎳蓄電池電極片目前較普遍采用的是正極以泡沫鎳 負極以穿孔鋼帶為集流體 然后利用粘合劑分別將正 負極活性物質(zhì)調(diào)成粘稠度適中的漿料 填充到泡沫鎳或者涂到穿孔鋼帶的表面 干燥后再利用滾壓機將極片滾壓到一定的厚度 剪切成適當?shù)某叽?2020 1 15 三 高分子在染料敏化鈉晶TiO2太陽電池中的應(yīng)用 染料敏化納晶TiO2太陽電池是一種極具競爭力的新型太陽能電池 它主要由三部分組成 染料敏化的TiO2納晶電極 電解質(zhì)和對電極 每一組成部分又由幾種材料組成 每一種材料都在電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的過程中發(fā)揮特定的作用 為了進一步降低成本 改善性能 用高分子材料代替其中的一種或幾種組成材料 經(jīng)過適當改性的高分子材料 這樣電池除具備優(yōu)異的機械加工性能外 還具備像金屬與半導體一樣的光 電及電磁性能 基于聚對苯二甲酸乙二醇酯 PET 的柔性電極制備納晶TiO2多孔薄膜電極的傳統(tǒng)方法 是將TiO2膠體溶液涂敷在導電玻璃基底上 再經(jīng)過高溫燒結(jié) 400 450 使TiO2顆粒之間以及TiO2顆粒與導電基底之間結(jié)合牢固 并且可以去除有機殘留物 從而提高納TiO2多孔薄膜內(nèi)電子的輸運速度及電極的穩(wěn)定性 但導電玻璃重量大 易破碎 不易加工 給染料敏化納晶TiO2太陽電池的實際應(yīng)用帶來了很大的不便 近年來 基于高分子材料的柔性電極以其重量輕可隨意變形以及價格低等優(yōu)點引起了人們的廣泛關(guān)注 2020 1 15 圖1染料敏化納晶太陽電池結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖 Ecb 半導體的導帶邊 Evb 半導體的價帶邊 D D3 分別是染料的基態(tài)和激發(fā)態(tài) I I 3 氧化還原電解質(zhì) 2020 1 15 四 聚苯胺導電材料在二次電池電極材料中的應(yīng)用 聚苯胺的結(jié)構(gòu)特性 聚苯胺是由還原單元 和氧化單元 構(gòu)成 其結(jié)構(gòu)式為 2020 1 15 聚苯胺在二次電池正電極材料中的應(yīng)用 聚苯胺電極正極材料在二次電池中既可以通過陰離子摻雜 即P型摻雜 也可以通過陽離子摻雜 即n型摻雜 來實現(xiàn)其充放電功能 聚苯胺近年來在電極材料方面的應(yīng)用性研究很多 可見 通過改變摻雜劑的種類或是使用合適的大分子模板制備出來的聚苯胺 都可以直接作為鋰離子二次電池的正極材料加以應(yīng)用 聚苯胺正極材料與無機材料的復合材料一般而言有以下三種方法 1 簡單的物理混合 2 將聚合物溶解 然后加入無機物混合 涂布 除去溶劑 3 將聚合物單體溶解 加入無機物 然后聚合 加入的無機物一般采用電化學活性較高的氧化物正極材料如WO3 TiO2 MnO2 V2O5 2020 1 15 苯胺在二次電池負極材料中的應(yīng)用 對鋰二次電池的充放電過程進行分析可發(fā)現(xiàn) 充電時 Li 從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)進入負極 同時電子的補償電荷從外電路供給到負極 放電時則相反 Li 從負極脫嵌 經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極 在正常充放電情況下 Li 在層狀結(jié)構(gòu)的碳負極材料的層間嵌入和脫出只應(yīng)引起層面間距的變化 而不破壞晶體結(jié)構(gòu) 即在充放電過程中 負極材料的化學結(jié)構(gòu)基本改變 由此可見 為了提高電池性能 選用的碳負極材料應(yīng)符合以下要求 1 鋰儲存量高 2 鋰在碳中的嵌入脫嵌反應(yīng)快 即鋰離子在固相內(nèi)的擴散系數(shù)大 在電極 電解液界面的移動阻抗小 3 鋰離子在電極材料中的存在狀態(tài)穩(wěn)定 4 在電池充放電循環(huán)中 碳負極材料體積變化小 5 電子導電性高 6 碳材料在電解溶液中不溶解 2020 1 15 五 導電高分子材料的導電網(wǎng)絡(luò)形態(tài)調(diào)控及其功能化 填充型導電高分子材料 CPCs 由于其廣泛的應(yīng)用和簡易的制備方法備受學術(shù)界的關(guān)注 近來 在高分子加工方向的研究中 填充型導電高分子材料研究中的熱點主要是導電網(wǎng)絡(luò)形態(tài)及其電性能的調(diào)控 以及導電高分子材料的多功能化 導電填料 如 炭黑 碳納米管 石墨 石墨稀 金屬粉末等 需要在高分子基體中搭建導電網(wǎng)絡(luò)來獲得一定的電性能 不同加工過程中對導電網(wǎng)絡(luò)的形成有不同的影響 如Fig 1所示 這里 我將結(jié)合文獻資料和本課題組經(jīng)驗對各種調(diào)控導電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其性能的方法和表征手段進行闡述 2020 1 15 導電高分子材料的導電網(wǎng)絡(luò)形態(tài)調(diào)控及其功能化 另外 由于CPCs相對簡單的制備工藝和靈活可控的導電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) CPCs的多功能化研究也備受關(guān)注 列如 導電材料的形變 溫度敏感 形狀記憶 及柔性導體等多功能化研究 我將就形變敏感及柔性導體方面的工作 做一個小結(jié) 并對這里面所遇到的問題及將來發(fā)展的趨勢提出一些見解 2020 1 15 導電高分子材料的導電網(wǎng)絡(luò)形態(tài)調(diào)控及其功能化 2020 1 15 參考文獻 1 呂國金 楊蘭生 張曼等 貯氫電極粘合劑的選擇及其進展2 汪昆華 羅傳秋 聚合物近代儀器分析 M 北京 清華大學出版社 1991 99 20443 夏和生 超聲輻射制備聚丙烯酸正丁酯和聚苯胺納米材料的研究 D 四川大學博士學位論文 20014 趙亮葛嶺梅周安寧劉春寧 西安科技大學化學化工系 西安710054 5 楊紅柳等 化學合成聚 3 甲基噻吩 及其在超電容器中的應(yīng)用 1 DengH SkipaT ZhangR LellingerD BilottiE AligI etal Polymer 2009 50 15 3747 54 2 DengH SkipaT BilottiE ZhangR LellingerD MezzoL etal AdvancedFunctionalMaterials 201020 9 1424 32 3 GaoX ZhangSM MaiF LinL DengY DengH etal JournalofMaterialsChemistry 2011 21 17 6401 8 2020 1 15 導電高分子材料現(xiàn)階段研究重點 化學1101王志 2020 1 15 導電高分子作為一種新型的功能高分子材料 它的應(yīng)用前景是很樂觀的 目前開發(fā)新的電子材料和相應(yīng)的元件已引起各國科技工作者的重視 利用導電高分子材料開發(fā)出的各種商品已經(jīng)在商業(yè)應(yīng)用上取得了成功 近年來 科研工作者又在高強度導電高分子 可加工導電高分子領(lǐng)域開展大量研究工作 并取得了很大的進展 當然 目前導電高分子材料的應(yīng)用還不算很普遍 很多方面還沒有達到實際生產(chǎn) 沒有進入到生活中 原因是其中還存在著許多問題 如電導率較低 使用溫度范圍窄 使用壽命較短 有些材料成本較高 在一些應(yīng)用中機械性能達不到要求等等 相信在廣大研究者的共同努力下 這些問題將會得到解決 作為21世紀材料科學的研究重點 導電高分子材料的發(fā)展必將取得令世人矚目的成就 2020 1 15 改進和開發(fā)新型陰極材料是提高鉭電解電容器性能的重要途徑 用導電高分子如聚吡咯 PEDOT和聚苯胺代替?zhèn)鹘y(tǒng)二氧化錳作為鉭電解電容器的陰極材料 可以降低電容器的等效串聯(lián)電阻 提高電容器的高頻特性 如何在結(jié)構(gòu)復雜的鉭陽極體上形成完整 均勻的高電導率和高穩(wěn)定性聚合物膜層 同時盡量減少對介質(zhì)氧化膜的破壞 是制造導電高分子鉭電解電容器的關(guān)鍵所在 也是人們研究的重點 固體鉭電解電容器方面研究重點 2020 1 15 導電高分子在納米材料方面的研究重點 如何更加有效地控制高分子納米微粒的粒徑 如何使反應(yīng)體系中析出的納米粒子不發(fā)生團聚 如何使微粒的電導率進一步得到提高 納米粒子的粒徑與電導率之間有無定量關(guān)系 怎樣提高微粒在空氣中的懸浮穩(wěn)定性 溶解性與加工性等 2020 1 15 導電高分子在能源 光電子器件 電磁屏蔽 乃至生命科學都有廣泛的應(yīng)用前景 但是 至今未實現(xiàn)導電高分子的實用化 作為材料 離實際應(yīng)用仍有相當大的距離 存在許多有待發(fā)展的方面 導電高分子的研究重點將集中在以下幾個方面 1 解決導電高聚物的加工性和穩(wěn)定性 現(xiàn)有的導電高分子聚合物多數(shù)不能同時滿足高導電性 穩(wěn)定性和易加工性 合成可溶性導電高聚物是實現(xiàn)可加工性和研究結(jié)構(gòu)與性能的有效途徑 2 自摻雜或不摻雜導電高分子 摻雜劑不穩(wěn)定或聚合物脫雜往往影響聚合物的導電性 因此 合成自摻雜或不摻雜導電高分子可以解決聚合物穩(wěn)定性問題 3 提高導電率 1988年一些學者已使聚乙炔 PA 拉伸后的電導率達105S cm 接近銅和銀的室溫導電率 4 5 因此提高導電高分子的電導率將一直是該領(lǐng)域最有吸引力的基礎(chǔ)研究課題之一 4 在分子水平研究和應(yīng)用導電高聚物 開發(fā)新的電子材料和相應(yīng)的元件已引起各國科技工作者的重視 如果技術(shù)上能很好地解決導電高分子的加工性并滿足綠色化學的要求 使其實現(xiàn)導電高分子實用化 必將對傳統(tǒng)電子材料帶來一場新的技術(shù)革命 2020 1 15 近年來 科研工作者又在高強度導電高分子 可加工導電高分子領(lǐng)域開展大量研究工作 并取得了很大的進展 當然 目前導電高分子材料的應(yīng)用還不算很普遍 很多方面還沒有達到實際生產(chǎn) 沒有進入到生活中 原因是其中還存在著許多問題 如電導率較低 使用溫度范圍窄 使用壽命較短 有些材料成本較高 在一些應(yīng)用中機械性能達不到要求等等 相信在廣大研究者的共同努力下 這些問題將會得到解決 2020 1 15 導電材料出現(xiàn)以后 人們開發(fā)了一系列的具有優(yōu)異性能的導電聚合物 對這類物質(zhì)的導電行為有了進一步的了解 近年來 科研工作者又在高強度導電高分子 可加工導電高分子領(lǐng)域開展大量研究工作 并取得了很大的進展 2020 1 15 導電高分子材料未來發(fā)展方向 近年來導電聚合物研究取得了長足的進展 人們開發(fā)了一系列新的具有優(yōu)異性能的導電聚合物 對這類準一維體系中的電子行為有了更深入的了解 今后這一領(lǐng)域的發(fā)展將主要沿下列幾個方向發(fā)展 2020 1 15 i 合成具有更高電導率及在空氣中長期穩(wěn)定的導電聚合物 其中特別值得重視的是可加工的非電荷轉(zhuǎn)移 單組分 型導電聚合物的研究 因預計這類導電聚合物將具有比電荷轉(zhuǎn)移型高得多的空氣穩(wěn)定性 若能將這類導電聚合物的電導率提高到類似于銅的水平 則有可能實現(xiàn)在電力傳輸方面的應(yīng)用 2020 1 15 ii 有機聚合物超導體 自1980年發(fā)現(xiàn)第一個小分子電荷轉(zhuǎn)移復合物超導體以來 已發(fā)現(xiàn)了近10種有機超導體 臼前超導轉(zhuǎn)變溫度為8K 由于最近液氮溫區(qū)氧化物陶瓷超導體的發(fā)現(xiàn)使有機超導體的研究勢頭有所減弱 但目前仍有人在認真地考慮開發(fā)新的聚合物超導體的問題 2020 1 15 盡管迄今還沒有實現(xiàn) 但是目前氧化物陶瓷超導體的發(fā)現(xiàn)給聚合物超導體研究注入了新的動力 因為原來人們一直認為有機聚合物不可能做到完全規(guī)整的結(jié)構(gòu) 因而很難實現(xiàn)超導 但是目前的鋇釔銅氧等氧化物超導體系也是一種多相體系 因而引起了人們實現(xiàn)聚合物超導體長期的夢想 現(xiàn)今已有人開始在這方面進行探索 2020 1 15 iii 對有機材料電子性能的研究另一重要目標是開發(fā)出具有無機材料不可替代的新二代功能材料 從這一意義上來說 目前關(guān)于導電聚合物中電子過程的研究不過是對有機電子材料的前哨戰(zhàn) 人們期望充分利用有機高分子材料結(jié)構(gòu)多變 易于實現(xiàn)功能化的特點 在深入進行結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究的基礎(chǔ)上 實現(xiàn)分子設(shè)計 開發(fā)出新的一代有機電子功能材料 為下一世紀工業(yè)的飛躍提供堅實的基礎(chǔ) 2020 1 15 例如近年釆有機非線性光學材料的研究已取得很大進展 最近蘇聯(lián)報道已合成出純有機的鐵磁體 在這一系列有機電 磁 光物性材料研究的基礎(chǔ)上 人們正在開始有機分子器件的研究 例如分子整流器 分子開關(guān)等 在分子器件的基礎(chǔ)上可進而考慮實現(xiàn)分子電路 它將大大提高電子器件的集成度 最近美國Phototherm公司的A Merks就一種建立在亞分子級的極光電能量轉(zhuǎn)換器的設(shè)想獲得了專利 據(jù)稱其太陽能轉(zhuǎn)換效率可高達60 80 其可行性還有待證實 2020 1 15 總之 十余年來導電聚合物的研究使人們對有機固體的電子過程的了解有了長足的進步 今后 人們將在此基礎(chǔ)上向有機電子材料的各個領(lǐng)域開展新的進軍 為在本世紀末或下世紀初實現(xiàn)更高密度的信息處理材料 更高效率的能量轉(zhuǎn)換和傳遞材料而努力 2020 1 15 導電高分子材料 小結(jié) 2020 1 15 盡管對導電高分子材料的研究起步較晚 但由于其優(yōu)良的性能和潛在地發(fā)展空間 特別是可以在絕緣體 半導體 導體之間變化 在不同條件下呈現(xiàn)各異的性能 因此發(fā)展非常迅速 尤其是復合型導電高分子材料 因成本低 加工方法簡單易行 已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用 可應(yīng)用在以下方面 1 抗靜電材料2 電磁波屏蔽與隱身材料3 聚合物二次電池4 發(fā)光二極管5 發(fā)光電化學池6 金屬防腐與防污等此外 導電高分子材料還可以制成其他與我們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的使用化學品 如可以根據(jù)外界條件變化調(diào)節(jié)居室環(huán)境的智能窗戶 發(fā)光交通標志等 2020 1 15 導電高分子材料的優(yōu)越性具有半導體及導體雙重特性 可低溫加工 可大面積化 具有塑料的拉伸性 彈性和柔韌性等 所以制作成本低 組件特性優(yōu)越 對未來電子及信息工業(yè)將產(chǎn)生巨大影響 2020 1 15 導電高分子材料面臨的挑戰(zhàn)作為材料 離實際應(yīng)用仍有相當大的距離 仍然存在許多有待發(fā)展的方面 比如如何獲得可熔體加工的導電聚合物 可溶性聚合物在一定程度上解決了加工性問題 但結(jié)構(gòu)缺陷對性能影響在所難免 芳雜環(huán)導電高聚物的出現(xiàn)盡管解決了一般的化學和環(huán)境穩(wěn)定問題 但摻雜劑本身仍存在不穩(wěn)定性 綜合電學性能與銅相比還有差距 理論上還沿用無機半導體理論和摻雜概念 導電聚合物的自構(gòu)筑 自組裝分子器件的研究也存