納米導(dǎo)電聚合物材料

1、納米導(dǎo)電聚合物材料宋麗云宋麗云 余文鵬余文鵬導(dǎo)電聚合物簡(jiǎn)介納米聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及導(dǎo)電機(jī)理納米導(dǎo)電聚合物的發(fā)展前景導(dǎo)電聚合物微米 納米結(jié)構(gòu)的合成一 導(dǎo)電聚合物簡(jiǎn)介 導(dǎo)電聚合物(conducting polymer)又稱導(dǎo)電電高分子，是指通過摻雜等手段，能使得電導(dǎo)率在半導(dǎo)體和導(dǎo)體范圍內(nèi)的聚合物。通常指本征導(dǎo)電聚合物(intrinsic conducting polymer)，這一類聚合物主鏈上含有交替的單鍵和雙鍵，從而形成了大的共軛體系。電子的流動(dòng)產(chǎn)生了導(dǎo)電的可能性。導(dǎo)電聚合物簡(jiǎn)介 導(dǎo)電聚合物打破了聚合物為絕緣體的傳導(dǎo)電聚合物打破了聚合物為絕緣體的傳統(tǒng)觀念，因而被稱為統(tǒng)觀念，因而被稱為“第四代聚合

2、物第四代聚合物”。它既具有金屬和半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性，又它既具有金屬和半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性，又保留了聚合物的輕質(zhì)、柔性和可加工的保留了聚合物的輕質(zhì)、柔性和可加工的特色。這種材料在光電子器件、傳感技特色。這種材料在光電子器件、傳感技術(shù)、分子電子學(xué)和納米器件以及驅(qū)動(dòng)器術(shù)、分子電子學(xué)和納米器件以及驅(qū)動(dòng)器件等方面具有潛在的應(yīng)用前景。件等方面具有潛在的應(yīng)用前景。 金屬態(tài)聚乙炔摻雜碘薄膜狀聚乙炔粉末狀聚乙炔第一種導(dǎo)電聚合物的合成2000年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了導(dǎo)電聚合物的三位發(fā)明者，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)馬克迪爾米德教授、另一位美國(guó)科學(xué)家黑格爾教授以及日本科學(xué)家白川英樹教授。第一種導(dǎo)電聚合物-聚乙炔的發(fā)明者 導(dǎo)電聚乙炔

3、發(fā)現(xiàn)之后 ， 人們又相繼發(fā)現(xiàn)聚吡咯( P P y ) 、 聚苯胺( P An ) 、 聚噻吩( P T h ) 、 聚對(duì)苯( P P P) 、 聚對(duì)苯撐 乙烯( P P V) 等共軛聚合物摻雜后都具有導(dǎo)電性 ,從而大大拓寬了導(dǎo)電聚合物的研究范圍.導(dǎo)電聚合物的發(fā)展Molecular structures of common conjugated polymers納米導(dǎo)電聚合物材料 所謂納米結(jié)構(gòu)是指在空間有兩維或兩維以上處于納米尺度的材料。具有納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電高分子材料包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩的納米粒子、一維納米線(管) 、二維平面材料以及三維納米結(jié)構(gòu)。作為具有納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電高分子除了具有導(dǎo)電聚合

4、物的性質(zhì)外 ， 還具有一些特殊的傳感能力比普通聚苯胺提高三個(gè)數(shù)量級(jí) 。因 此， 研究導(dǎo)電聚合物的納米結(jié)構(gòu)將具有重要的意義， 它將在化學(xué)、 物理學(xué)、 電子學(xué)、 光學(xué)、 材料學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用 。 二 納米聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及導(dǎo)電機(jī)理1 納米聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 導(dǎo)電聚合物是完全不同于由金屬或碳粉末與聚合物共混而制成的 導(dǎo)電塑 料， 它 除 了具有 聚合 物 結(jié)構(gòu) 外， 還 含有 由摻 雜引 入 的一價(jià) 對(duì) 陰離 子( p 型 摻 雜) 或 對(duì)陽(yáng)離 子 ( n 型摻雜 所 以通 常導(dǎo) 電聚合物 的結(jié)構(gòu) 分 為聚合 物鏈 和 與鏈非 鍵合 的一 價(jià)對(duì) 陰 離子 或?qū)?陽(yáng)離 子兩 部分 組

5、 成 。 導(dǎo) 電聚合物 除 了具有高 分子本 身 特性 之外 ， 還 兼具 了因摻 雜而帶 來 的半導(dǎo)體或 導(dǎo)體 的特性 。 二 納米聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及導(dǎo)電機(jī)理2導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電機(jī)理 各 種 導(dǎo)電 聚合 物 的導(dǎo) 電機(jī) 理不 盡相 同， 下 面僅 以碘 摻 雜 的聚 乙炔 的導(dǎo) 電機(jī) 理 為例， 對(duì)導(dǎo) 電聚合物的導(dǎo)電機(jī)理進(jìn)行分析 眾所 周 知， 電 子云 結(jié)構(gòu) 較松 散 ， 當(dāng)聚 乙炔 暴露 在碘 蒸 氣 中， 易被 碘 氧化 而 失 去電 子 ， 成 為 正離 子 自由基( 也 稱為極 化子) 。正離 子 自由基 中 的單 個(gè) 電子是 不穩(wěn)定 的， 很 容易 與相鄰 的雙鍵中的一個(gè) 電子形成

6、新 的雙鍵 ， 產(chǎn)生 新 的正離 子 自由基 ， 而新 的正 離子 自由基 中 的單電子 又 會(huì)形 成 新 的 雙鍵 ， 產(chǎn)生 新 的正離子自由基 ， 這樣 沿著鏈 的方向依次傳 遞下 去 電 子就在 整個(gè)共 軛鏈上流 動(dòng)起 來 。可 見，正是 碘的摻 雜 引發(fā)了電荷在 整個(gè)共 軛鏈上的傳 遞 。 三 導(dǎo)電聚合物微米/納米結(jié)構(gòu)的合成方法模板法無模板自組裝法電紡絲法以某些特殊形貌的材料作為反應(yīng)或加工的模板， 合成具有相對(duì)應(yīng)形貌的目標(biāo)材料的方法。模板法所用的的模板通常有多孔材料、 納米纖維。自組裝是利用分子間的氫鍵、范德瓦耳斯力和配位鍵等弱相互作用，通過自發(fā)過程， 形成管線、球等復(fù)雜結(jié)構(gòu)及二維和三

7、維有序結(jié)構(gòu)聚合物溶液被裝入紡絲容器內(nèi)，在高壓電場(chǎng)作用下，聚合物液體從噴絲嘴噴射出去， 形成細(xì)流。由于電荷的排斥作用， 細(xì)流發(fā)生劈裂，同時(shí)溶劑揮發(fā)，于是形成微米 納米纖維并沉積在收集電極上。 模板法制備的聚吡咯 、 聚噻吩和聚苯胺納米管 納米線( a ) 聚吡咯納米管的透射電鏡照片； ( b) 聚吡咯納米線的掃描電 鏡照片； ( C ) 聚噻吩納米線的掃描電鏡照片； ( d ) 聚苯胺納米管 的掃描電鏡照片 無模板法制備的( a ) 聚苯胺納米管( b ) 聚吡咯納米管 納米線 ( c ) 聚苯胺微米球 電紡絲技術(shù)制備的聚苯胺納米纖維( 平均直徑 1 3 9 n m)應(yīng)用應(yīng)用1 應(yīng)用于電致發(fā)光、 太陽(yáng)能電池、 場(chǎng)效應(yīng)晶體管和非 線性光學(xué)器件等方面。2 其摻雜后表現(xiàn)出較高的電導(dǎo)率，可以應(yīng)用于防靜電涂 層、電磁屏蔽和微波吸收等方面。3 導(dǎo)電聚合物的摻雜-脫摻雜過程可逆， 可以應(yīng)用于制備 二次電池、 人工肌肉、 電子鼻和防腐材料等。 導(dǎo)電聚合物微米 納米結(jié)構(gòu)在電學(xué)、 力學(xué)、 氣體