導電高分子材料

1、 Conductive Polymer Conductive Polymer 導電高分子張盼SA170200202017.11.0302導 電 高 分 子 分類(聚苯亞乙烯)（PAn )導 電 高 分 子 02聚吡咯 Polypyrrole電容電容器器傳感傳感器器光電光電性能性能 導電性好和電化學可逆性好導電性好和電化學可逆性好 充電電池的充電電池的電極材料電極材料(太陽能電池太陽能電池) 超級電容器超級電容器導電態(tài)導電態(tài)絕緣態(tài)絕緣態(tài)分子分子電子器件電子器件(二極管、三極管二極管、三極管)PPy納米線納米線納米光電器件納米光電器件電化學氧化還原性質(zhì)，質(zhì)子酸摻雜行為；電化學氧化還原性質(zhì)，質(zhì)子酸摻

2、雜行為；當當PPy膜周圍環(huán)境的酸度或化學氣氛發(fā)膜周圍環(huán)境的酸度或化學氣氛發(fā)生變化，引起其電化學性質(zhì)的變化生變化，引起其電化學性質(zhì)的變化PPy基基氣敏材料氣敏材料氣體的檢測氣體的檢測電流型生物傳感器電流型生物傳感器酶、核酸探測酶、核酸探測微波吸收劑微波吸收劑 具有生物相容性，無毒害，用作生物醫(yī)用領域及研具有生物相容性，無毒害，用作生物醫(yī)用領域及研制人工肌肉、氣體和生物傳感器、電磁屏蔽、隱身材料、制人工肌肉、氣體和生物傳感器、電磁屏蔽、隱身材料、抗靜電材料、導電纖維等?？轨o電材料、導電纖維等。人造肌肉人造肌肉(Artificial Muscle) （機器人）（機器人）共軛導電聚合物處于不同的氧化態(tài)

3、時，其體積有顯著的不同，即對于外加電壓會產(chǎn)生共軛導電聚合物處于不同的氧化態(tài)時，其體積有顯著的不同，即對于外加電壓會產(chǎn)生體積響應體積響應。根據(jù)這一特性，可用來仿制。根據(jù)這一特性，可用來仿制人工肌肉人工肌肉。日本科學家制造出可與人類肌肉相媲美，且無需馬達、齒輪等復雜裝置的人造肌肉。日本科學家制造出可與人類肌肉相媲美，且無需馬達、齒輪等復雜裝置的人造肌肉。伸縮率可達伸縮率可達15%，相當于人的肌肉，相當于人的肌肉20%的伸縮率。人造肌肉中一根管狀導電塑料可承重的伸縮率。人造肌肉中一根管狀導電塑料可承重20克，克，1600根綁在一起可承重根綁在一起可承重20公斤。如果人造肌肉體積和人的肌肉相同，其力量

4、可達后者公斤。如果人造肌肉體積和人的肌肉相同，其力量可達后者的的100倍倍。鯉魚形狀的它鯉魚形狀的它在嘴巴里裝備在嘴巴里裝備有攝象機，同有攝象機，同時可以時可以測量水測量水下氧氣下氧氣，為魚，為魚類飼養(yǎng)提供關(guān)類飼養(yǎng)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。鍵數(shù)據(jù)。日本大阪從日本大阪從事新材料開事新材料開發(fā)的幾家公發(fā)的幾家公司，成功用司，成功用高分子材料高分子材料的的“人造肌人造肌肉肉”制成了制成了一種一種機器魚機器魚。導 電 高 分 子RFID標簽標簽RFID：無線射頻識別標識技術(shù)，這種非接觸式自動識別技術(shù)的：無線射頻識別標識技術(shù)，這種非接觸式自動識別技術(shù)的RFID商品標簽被商品標簽被認為將是今后全球商品交易及物流中采用

5、最廣的技術(shù)之一。認為將是今后全球商品交易及物流中采用最廣的技術(shù)之一。塑料塑料RFID標簽將來潛在的市場，包括門禁管制、貨物管理、資產(chǎn)回收、物料處標簽將來潛在的市場，包括門禁管制、貨物管理、資產(chǎn)回收、物料處理、廢物處理、醫(yī)療應用、交通運輸、防盜應用、自動控制、聯(lián)合票證等許多領域。理、廢物處理、醫(yī)療應用、交通運輸、防盜應用、自動控制、聯(lián)合票證等許多領域。印刷用于低價格無線射頻識別體系的無源元件導 電 高 分 子 02五元雜環(huán)，無活潑氫。本征態(tài)聚噻吩為紅色無定型固體，摻雜后則顯綠色。這五元雜環(huán)，無活潑氫。本征態(tài)聚噻吩為紅色無定型固體，摻雜后則顯綠色。這一顏色變化可應用于一顏色變化可應用于電致變色器件

6、電致變色器件。（PTh ）比利時愛克發(fā)比利時愛克發(fā)(Agfa)公司公司以以PEDOT導電油墨作為電極材料的柔性導電油墨作為電極材料的柔性OLED聚噻吩不溶不熔，有很高的強度，引入取代基后可溶。聚噻吩不溶不熔，有很高的強度，引入取代基后可溶。雙取代雙取代：溶解性較好，：溶解性較好，制備印刷電路板通孔的內(nèi)表面涂料。制備印刷電路板通孔的內(nèi)表面涂料。應用：防腐、抗靜電、有機太陽能電池、化學傳感、電致發(fā)光器件等應用：防腐、抗靜電、有機太陽能電池、化學傳感、電致發(fā)光器件等聚噻吩的衍生物聚噻吩的衍生物PEDOT是有機電致發(fā)光器件制備中重要的空穴傳輸層材料。是有機電致發(fā)光器件制備中重要的空穴傳輸層材料。 ED

7、OT（3,4-乙撐二氧噻吩單體）乙撐二氧噻吩單體）聚合和摻雜性與聚合和摻雜性與PPy 相似，多為電化學聚合法。相似，多為電化學聚合法。導 電 高 分 子聚噻吩 Polythiophene發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（PLED）利用導電高分子與金屬線圈當電極，半導體高分子在中間，當兩電利用導電高分子與金屬線圈當電極，半導體高分子在中間，當兩電極接上電源時，半導體高分子將會開始發(fā)光。比傳統(tǒng)的燈泡更節(jié)省能源極接上電源時，半導體高分子將會開始發(fā)光。比傳統(tǒng)的燈泡更節(jié)省能源而且產(chǎn)生較少的熱，具體應用包括平面電視機屏幕、交通信息標志等。而且產(chǎn)生較少的熱，具體應用包括平面電視機屏幕、交通信息標志等。2004，13英

8、寸導 電 高 分 子 應 太陽能電池太陽能電池電高分子可制成太陽電池，結(jié)構(gòu)與電高分子可制成太陽電池，結(jié)構(gòu)與發(fā)光二極管相近，但機制卻相反，它發(fā)光二極管相近，但機制卻相反，它是將光能轉(zhuǎn)換成電能。優(yōu)勢在于廉價是將光能轉(zhuǎn)換成電能。優(yōu)勢在于廉價的制備成本，簡單的制備工藝，具有的制備成本，簡單的制備工藝，具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性。塑料的拉伸性、彈性和柔韌性。導 電 高 分 子導 電 高 分 子 應 用02金屬表面涂覆，能阻止空氣、水和鹽分揮發(fā)，遏制金屬生銹和腐蝕；充當催化劑，金屬電化學氧化反應。良好的導電性，與高聚物的親合性優(yōu)于碳黑或金屬粉，可以與塑料、橡膠、纖維結(jié)合，如手機外殼以及微波爐外層防輻射

9、涂料、和軍用隱形材料等。高純度納米聚苯胺具有良好的氧化還原可逆性，可以作為二次電池的電極材料。 研究熱點。納米聚苯胺對于某些離子和氣體具有。熱失重溫度大于200，遠遠大于其他塑料制品。納米聚苯胺有良好的，導熱系數(shù)是其他材料的23倍，可作太陽能材料的替代產(chǎn)品。（PAn ）聚苯胺防靜電、電磁屏蔽、防腐蝕防靜電、電磁屏蔽、防腐蝕電磁干擾電磁干擾 (Electromagnetic Interference，EMI) (也稱作電磁污染也稱作電磁污染)。PAN的屏蔽效果最好。當?shù)钠帘涡Ч詈?。當PAN膜厚大于膜厚大于50m時，其屏蔽效能在時，其屏蔽效能在80100dB范圍內(nèi)，滿足工業(yè)和范圍內(nèi)，滿足工業(yè)和軍

10、事要求。相比于金屬軍事要求。相比于金屬EMI屏蔽材料具有屏蔽材料具有密度小、密度小、環(huán)境穩(wěn)定性好、電導率可調(diào)、環(huán)境穩(wěn)定性好、電導率可調(diào)、EMI屏蔽效能屏蔽效能尤其尤其是是電磁吸收性能電磁吸收性能好，能夠吸收雷達波，因此可以好，能夠吸收雷達波，因此可以做做隱身飛機隱身飛機的涂料。的涂料。防蝕涂料能夠防蝕涂料能夠防腐蝕防腐蝕，可以，可以用在火箭、船舶、石油管道等。用在火箭、船舶、石油管道等。導 電 高 分 子05 應應 響響 速速 快快 性性 色色 變變 致致電電吸吸 波波 性性可可 逆逆 摻摻 雜雜 導導 電電 性性導 電 高 分 子 應 用021.導電率變化范圍寬導電率變化范圍寬 隨摻雜度變化

11、，可在絕緣體半導體金屬態(tài)之間變化隨摻雜度變化，可在絕緣體半導體金屬態(tài)之間變化導電高分子的電導率范圍導 電 高 分 子 特 性022.摻雜摻雜-脫摻雜過程可逆脫摻雜過程可逆 導電高分子不僅可以摻雜導電高分子不僅可以摻雜, 而且還可以脫摻雜而且還可以脫摻雜, 并且摻雜并且摻雜-脫摻雜的脫摻雜的過程完全可逆。過程完全可逆。3.具有光學性能具有光學性能（光誘導（光誘導吸收、光致發(fā)光等非線性光學吸收、光致發(fā)光等非線性光學特性）特性）、磁學性能磁學性能、電化電化學性能學性能（隨氧化（隨氧化/還原過程，還原過程，顏色發(fā)生變化）等顏色發(fā)生變化）等導 電 高 分 子 特 性導 電 高 分 子 凝 膠（CPGs）

12、導電聚合物的導電性取決于構(gòu)成材料的分子結(jié)構(gòu)、摻雜水平和分子包裝的順序。具有各種納米結(jié)構(gòu)如0D納米顆粒，1D納米纖維和2D納米片的導電聚合物，已被開發(fā)和應用于一系列技術(shù)領域，如傳感器、電子工業(yè)和能量存儲與轉(zhuǎn)換器件。這些納米結(jié)構(gòu)的導電聚合物的電性能可能由于不均勻聚集，嚴重的復位以及在加工和組裝過程中接觸不良所引起的結(jié)構(gòu)缺陷而被削弱。導 電 高 分 子 凝 膠（CPGs）受天然凝膠的合成啟發(fā)，通過使用多官能團的分子連接共軛高分子鏈得到3D網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的導電高分子凝膠（CPG）發(fā)展起來。導 電 高 分 子 凝 膠（CPGs）與純粹的PPy相比，CuPcTs摻雜的PPy的電化學活性大大增強導 電 高 分 子

13、 凝 膠（CPGs）導 電 高 分 子 凝 膠（CPGs）導 電 高 分 子 凝 膠（CPGs）導 電 高 分 子 凝 膠（CPGs）通過熱處理得到的CPG衍生的碳框架材料具有很多優(yōu)點：首先，它們具有層次多孔的結(jié)構(gòu)，以適應各種物質(zhì)運輸通道與其活性部位的連接：其次，與傳統(tǒng)的多孔碳材料相比，它們可以提供更多的活性部位；此外，因為交聯(lián)劑可以提供關(guān)鍵元素的原子，使得N或其他元素的摻雜可以在熱處理期間在原位完成和調(diào)控； 最后，CPG衍生的碳框架對于ORR和OER都顯示出高催化活性。導 電 高 分 子 凝 膠（CPGs）導 電 高 分 子 凝 膠（CPGs）導 電 高 分 子 凝 膠（CPGs）參考文獻：

14、1 Zhao F, Shi Y, Pan L, et al. Multifunctional Nanostructured Conductive Polymer Gels: Synthesis, Properties, and ApplicationsJ. Accounts of Chemical Research, 2017, 50(7): 1734-1743.2 Wang Y, Shi Y, Pan L, et al. Dopant-enabled supramolecular approach for controlled synthesis of nanostructured conductive polymer hydrogelsJ. Nano letters, 2015, 15(11): 7736-7741.3 Yu C, Wang C, Liu X, et al. A cytocompatible robust hybrid conducting polymer hydrogel for use in a mag