導(dǎo)電高分子復(fù)合材料綜述

1、導(dǎo)電高分子復(fù)合材料綜述摘 要 ： 隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)行，人們各種材料的要求在不斷的提高， 在這種情況下，就研究出了高分子復(fù)合材料，為社會(huì)的發(fā)展提供了重要的幫助。 而導(dǎo)電高分子復(fù)合材料就是這項(xiàng)研究中的一項(xiàng)重要的內(nèi)容，而在導(dǎo)電高分子復(fù)合材料出現(xiàn)的早期，通常將其作為良好的電絕緣體，直到 20 世紀(jì) 80 年代才真正的在電力系統(tǒng)中使用導(dǎo)電高分子復(fù)合材料。本文就對(duì)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料進(jìn)行了介紹， 將其基本的導(dǎo)電理論以及特殊的效應(yīng)理論進(jìn)行了闡述，然后重點(diǎn)討論了當(dāng)前階段中的應(yīng)用以及研究進(jìn)展，以使人們對(duì)其更好的了解。關(guān)鍵詞 ：導(dǎo)電高分子復(fù)合材料；導(dǎo)電性；應(yīng)用導(dǎo)電高分子材料就是在高分子材料的基礎(chǔ)上，根據(jù)

2、使用的要求，加入了相應(yīng)的導(dǎo)電體，經(jīng)過(guò)多重技術(shù)的處理之后，使其具有了較高的導(dǎo)電能力。而由于這種材料在制造的過(guò)程中，使用對(duì)材料的要求不高，使用的技術(shù)加工手段簡(jiǎn)單，使用的生產(chǎn)成本較低，導(dǎo)電性能較好等原因，受到了社會(huì)各界的廣泛重視。因此，為了使導(dǎo)電高分子復(fù)合材料在當(dāng)前階段中更好的應(yīng)用，在當(dāng)前的科學(xué)研究中，加強(qiáng)對(duì)其進(jìn)行研究成為了必然趨勢(shì)。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的導(dǎo)電理論統(tǒng)計(jì)滲濾模型在高分子復(fù)合材料的導(dǎo)電理論中，首先就是統(tǒng)計(jì)滲濾模型，這一模型通常是幾何模型為基礎(chǔ)上建立的，就是將復(fù)合材料中基本物質(zhì)使用一定技術(shù)將其抽象化，使其存在一定形狀的分散體系，然后根據(jù)一定的機(jī)理要求，將其進(jìn)行重新的排列，使其重新組合成一個(gè)整

3、體，使高分子材料中的基本物質(zhì)成為了連續(xù)相，而加入的導(dǎo)電體材料根據(jù)其功能的不同，有些成為了連續(xù)相，有些成為了分散相，這些有效的分散相以及連續(xù)相，就在導(dǎo)電高分子復(fù)合材料中構(gòu)造出了導(dǎo)電通道。在這一模型的基礎(chǔ)上，對(duì)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的電阻率與導(dǎo)電體進(jìn)行深層次的分析，在兩者之間建立相應(yīng)的聯(lián)系。最具有代表性的就是在建立統(tǒng)計(jì)滲濾模型時(shí)，根據(jù)不同的需求，將基本物質(zhì)抽象為形狀、大小不同的球型、規(guī)則的多面體等，同時(shí)將導(dǎo)電體抽象成連續(xù)性的珠串等1 。這種模型有效的將高分子材料的導(dǎo)電理論進(jìn)行了闡述，但是其也具有一定的缺點(diǎn)，就是其只能使用在較為簡(jiǎn)單的復(fù)合材料中，復(fù)合材料中只能有一種基本物質(zhì)以及導(dǎo)電體材料，對(duì)于具有多種基

4、本物質(zhì)或者導(dǎo)電體材料的復(fù)合材料時(shí)，雖然也能建立相應(yīng)的模型，但得到的理論與實(shí)際之間會(huì)存在較大的差異。熱力學(xué)模型隨著統(tǒng)計(jì)滲濾模型的使用，人們逐漸的發(fā)現(xiàn)其有一些缺點(diǎn)，例如在構(gòu)建模型時(shí)， 往往忽略了基本物質(zhì)與導(dǎo)電體之間的作用關(guān)系，使得到的結(jié)果具有一定的偏差， 不滿(mǎn)足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需求，在這種情況下，就研究出了熱力學(xué)模型來(lái)對(duì)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料導(dǎo)電理論進(jìn)行了闡述，使結(jié)果得到了很大的改進(jìn)。這一理論是以熱力學(xué)原理的基礎(chǔ)上建立的，在這項(xiàng)理論中，認(rèn)為構(gòu)建導(dǎo)電通道的過(guò)程中，導(dǎo)電體處于臨界狀態(tài)的體積與模型中多余的自由能具有一定的聯(lián)系，當(dāng)模型中多余的自由能達(dá)到一定的程度后，就會(huì)在模型的內(nèi)部自動(dòng)的構(gòu)建出導(dǎo)電通道。并且，高

5、分子材料中基本物質(zhì)的熔融粘度較大，更好的阻止了平衡相的分離；導(dǎo)電體粒子的直徑較小，更好的幫助平衡相分離。使用這種模型來(lái)對(duì)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料進(jìn)行闡述與實(shí)際更加接近2 。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的特殊效應(yīng)理論導(dǎo)電高分子材料的性能往往不是一成不變的，在特定的環(huán)境中，其性能也會(huì)逐漸的在變化著。例如一些導(dǎo)電高分子復(fù)合材料在拉力或壓力的作用下，就會(huì)出現(xiàn)一些特別的效應(yīng)，例如壓敏效應(yīng)、拉敏效應(yīng)等，可以根據(jù)這些特殊的效應(yīng)來(lái)對(duì)地導(dǎo)電高分子復(fù)合材料進(jìn)行闡述。在壓敏、 拉敏效應(yīng)理論中，可以利用通道理論對(duì)其進(jìn)行闡述。在不同的高分子材料， 所中具有的臨界范圍不同，在壓敏的情況下，材料中的導(dǎo)電體相對(duì)就不是很多， 使得導(dǎo)電體的分布

6、不是很好，無(wú)法直接構(gòu)造出導(dǎo)電通道，如果在這時(shí)向復(fù)合材料施壓，壓力不是很高時(shí)，沒(méi)有達(dá)到材料的最大臨界值，復(fù)合材料仍然具有高阻態(tài)；當(dāng)所施加的壓力過(guò)高時(shí)，超過(guò)了最大臨界值，就會(huì)使復(fù)合材料發(fā)生一定的形變，使其內(nèi)部構(gòu)建出了導(dǎo)電通道，從而使其具有了導(dǎo)電性。在拉敏的情況下， 材料含有大量的導(dǎo)電體，其內(nèi)部具有一定的導(dǎo)電通道，這時(shí)在對(duì)其使用拉力時(shí)，當(dāng)垃圾過(guò)大，超過(guò)最大臨界值時(shí)，復(fù)合材料就會(huì)發(fā)生形變，致使其全本具有的導(dǎo)電通道遭受了損壞，從而使復(fù)合材料不在具有導(dǎo)電性3 。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的合成在導(dǎo)電高分子材料中，作為一種最有可能在實(shí)際中得到應(yīng)用的導(dǎo)電聚合物材料，聚苯胺(PAn)具有單體廉價(jià)易得、聚合方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)

7、。導(dǎo)電態(tài)的聚苯胺有優(yōu)異的電化學(xué)性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性及較高的電導(dǎo)率。常溫下， 聚苯胺是典型的半導(dǎo)體材料，其電導(dǎo)率為10 10S/cm， 經(jīng)摻雜以后，聚苯胺電導(dǎo)率可達(dá)到5S/cm,電導(dǎo)率可在10 10S/cm 100S/cm之間調(diào)節(jié)。它的顏色能隨著電極電位和溶液的pH 值的變化而變化，具有良好的電化學(xué)反應(yīng)活性，是新型的電極活性材料，成為目前導(dǎo)電高分子材料研究中的熱點(diǎn)。氧化聚合化學(xué)氧化法合成聚苯胺是在適當(dāng)?shù)臈l件下用氧化劑使苯胺發(fā)生氧化聚合。這是在制作電容器時(shí)應(yīng)用比較廣泛的一種方法。苯胺的化學(xué)氧化聚合通常是在苯胺/ 氧化劑 / 酸 / 水體系中進(jìn)行的。大致的方法是在玻璃容器中將苯胺和酸按一定的比例混

8、合均勻后，用冰水浴將體系溫度降低至025，在攪拌下滴加氧化劑，分鐘內(nèi)滴加完畢。體系顏色由淺變深，繼續(xù)攪拌90 分鐘，然后過(guò)濾，洗滌至濾液無(wú)色，得到墨綠色的聚苯胺粉末。比較常用的氧化劑有過(guò)硫酸銨(NH4)2S2O8)、重鉻酸鉀(K2Cr2O7)、過(guò)氧化氫 (H2O2)和碘酸鉀(KIO3) 等。過(guò)硫酸銨由于不含金屬離子、氧化能力強(qiáng)，所以應(yīng)用較廣。最近報(bào)道的應(yīng)用二氧化錳( 因?yàn)槎趸i的來(lái)源廣，價(jià)格低廉、無(wú)毒，安全性高，制造方便) 作為氧化劑，用鹽酸作介質(zhì)，采用化學(xué)氧化法成功地合成了導(dǎo)電聚苯胺。同時(shí)，得到的聚苯胺的結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率與過(guò)硫酸銨(APS)作為氧化劑時(shí)相似。3.2 乳液聚合采用乳液聚合法制備P

9、An較溶液聚合法有如下優(yōu)點(diǎn)：用無(wú)環(huán)境污染且低成本的水作為熱載體，產(chǎn)物不需沉淀分離以除去溶劑；若采用大分子有機(jī)磺酸充當(dāng)表面活性劑，則可進(jìn)一步完成質(zhì)子酸的摻雜以提高PAn的導(dǎo)電性；通過(guò)將PAn制備成可直接使用的乳液狀，就可在后面的加工過(guò)程中避免再使用一些昂貴的溶劑。這種方法不但可以簡(jiǎn)化工藝、降低成本，還可以有效地改善PAn的可加工性。因此，乳液聚合法成為該領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)。大致方法是在反應(yīng)器中加入苯胺與DBSA， 混合均勻，依次加入水、二甲苯，充分?jǐn)嚢?，得到透明乳液，然后向乳液中滴加過(guò)硫酸銨水溶液，2 分鐘內(nèi)滴加完畢，體系的顏色很快變深，體系溫度保持在020 , 繼續(xù)攪拌60 分鐘，然后加丙酮破

10、乳，過(guò)濾，依次加水，DBSA洗滌至濾液無(wú)色，在40下真空干燥后得到 DBSA摻雜的聚苯胺粉末。這種方法的合成步驟簡(jiǎn)單，制備出的聚苯胺具有較高的分子量和溶解性。雖然用這種方法制備電容器電解質(zhì)的并不多，但是， 它較氧化聚合法，溶解性得到了提高， 是很有應(yīng)用前景的一種方法。用這種方法得到的PAn粉末可以較好地溶于 CHCl3中。微乳液聚合又較乳液聚合有了進(jìn)一步的提高。用微乳液法制得的聚苯胺的電導(dǎo)率達(dá)9.1S/cm。與傳統(tǒng)乳液聚合法相比，微乳液聚合法可大大縮短聚合時(shí)間，所得產(chǎn)物的電導(dǎo)率優(yōu)于采用傳統(tǒng)乳液聚合法合成的聚苯胺。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的應(yīng)用導(dǎo)電高分子的原材料一般為聚合物或者具有導(dǎo)電效果較強(qiáng)的填充物

11、，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)成功研制出了具有良好導(dǎo)電性的高分子復(fù)合材料，且隨著高分子復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用，也增加了抗靜電、電磁波屏蔽等功能，使得導(dǎo)電高分子材料獲得了巨大的技術(shù)突破，目前， 根據(jù)導(dǎo)電高分子材料的性能不同，可以將其分為半導(dǎo)體材料、高導(dǎo)電體材料、熱敏導(dǎo)體材料等，其材料成分不僅有金屬材料，如銅、鋁等，同時(shí)也含有碳系聚合物，大大增加了導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的穩(wěn)定性，同時(shí)降低了制作成本。另外，由于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，使得基于傳統(tǒng)的工作方式有了極大程度的改善，如在開(kāi)關(guān)元件生產(chǎn)過(guò)程，傳統(tǒng)的導(dǎo)電材料的在開(kāi)關(guān)中雖然能夠保證電流的有效傳輸，但是金屬材質(zhì)會(huì)產(chǎn)生無(wú)用功率，同時(shí)導(dǎo)體過(guò)熱還會(huì)引發(fā)安全事

12、故，因此， 在開(kāi)關(guān)元件的生產(chǎn)中應(yīng)用高分子復(fù)合材料，能夠有效的保護(hù)用電安全，同時(shí)，利用高分子復(fù)合材料的熱效應(yīng)，能夠制作出熱敏傳感器，提高能源的利用率，另外， 導(dǎo)電高分子復(fù)合材料也在航電器的制作、煤電系統(tǒng)、建筑施工中有著廣泛的應(yīng)用4 。導(dǎo)電高分子材料廣泛的應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域在醫(yī)療器械的研發(fā)中，具備良好導(dǎo)電性能的高分子材料獲得了青睞。從目前醫(yī)療器械的發(fā)展來(lái)看，導(dǎo)電高分子在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用助推了醫(yī)療器械的發(fā)展。在生物工程中，特別是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，需要特殊的導(dǎo)電材料作為手術(shù)或者患者康復(fù)的配件。 導(dǎo)電高分子材料的出現(xiàn)，既解決了導(dǎo)電問(wèn)題，同時(shí)也提供了新的材料可供醫(yī)學(xué)選擇。從目前醫(yī)學(xué)的發(fā)展來(lái)看，導(dǎo)電高分子已經(jīng)在醫(yī)學(xué)中得

13、到了重要應(yīng)用，不但在醫(yī)療器械上得到了重要應(yīng)用，同時(shí)在手術(shù)過(guò)程中，以及患者體內(nèi)埋置的康復(fù)器械中也有重要的應(yīng)用。例如心臟起搏器等都是由導(dǎo)電高分子材料構(gòu)成。導(dǎo)電高分子材料在雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域得到了重要應(yīng)用在雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域，材料的應(yīng)用是關(guān)鍵。導(dǎo)電高分子材料的研發(fā)成功，對(duì)提高雷達(dá)領(lǐng)域材料發(fā)展和滿(mǎn)足雷達(dá)探測(cè)功能需要具有重要作用。因此， 導(dǎo)電高分子材料在雷達(dá)探測(cè)中得到了重要應(yīng)用。隨著我國(guó)高新材料的不斷發(fā)展，以及火箭和飛機(jī)等飛行器研發(fā)的需要，在隱身材料發(fā)展中，雷達(dá)吸波材料的研制成為了重點(diǎn)。由于導(dǎo)電高分子材料可以在其中添加多種聚合物，使得導(dǎo)電高分子材料能夠具有其他材料所不具備的特點(diǎn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)良好的雷達(dá)吸波。因此， 導(dǎo)

14、電聚合物高分子材料成為了雷達(dá)吸波材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)提高導(dǎo)電高分子應(yīng)用范圍和應(yīng)用效果具有重要作用。導(dǎo)電高分子材料在液晶材料的研發(fā)中得到了重要應(yīng)用目前高點(diǎn)高分子材料由于可以融合多種材料，并且能夠與液晶材料進(jìn)行有效融合， 既可以降低液晶材料研發(fā)成本，同時(shí)也可以提高液晶材料的整體性能。正是基于這一優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)電高分子材料以其在液晶方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在液晶材料的研發(fā)中得到了重要應(yīng)用。由于液體離子已經(jīng)成為了導(dǎo)電高分子材料的重要一種，在具體的應(yīng)用中，具有好的導(dǎo)電率和導(dǎo)電效果，對(duì)提高導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用范圍和應(yīng)用效果具有重要作用。結(jié)合當(dāng)前導(dǎo)電高分子材料的研發(fā)及使用經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)電高分子中的液晶材料對(duì)擴(kuò)展導(dǎo)電高分子使用

15、范圍具有重要作用。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)由于高分子復(fù)合材料具有非常良好的應(yīng)用前景，因此， 我國(guó)重視并鼓勵(lì)高分子復(fù)合材料研究的創(chuàng)新和發(fā)展，但是高分子復(fù)合材料具有較強(qiáng)的不穩(wěn)定性，其性能容易受到制作工藝、制作環(huán)境等外在因素的影響，近年來(lái)， 先進(jìn)的導(dǎo)電理論指出尋研制能與復(fù)合材料穩(wěn)定結(jié)合的導(dǎo)點(diǎn)模型是未來(lái)高分子復(fù)合材料的研究發(fā)展方向。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)得出復(fù)合體系的構(gòu)建是建立導(dǎo)線(xiàn)模型的前提要素，利用拓?fù)鋵W(xué)方法能夠有效的對(duì)復(fù)合材料的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)能夠有效的觀(guān)測(cè)出不同添加劑對(duì)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的影響。由于高分子復(fù)合材料必須具有實(shí)用性，因此， 導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的研究上也偏向于增加其穩(wěn)

16、定性、輕便型、 降低制作工藝與成本，同時(shí)使導(dǎo)電高分子復(fù)合材料能夠適應(yīng)不同的溫度及濕度， 擴(kuò)大導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，盡管在理論研究上存在諸多的困難，但是在應(yīng)用方面已經(jīng)取得了巨大的突破5 ?？偨Y(jié)綜上所述，在現(xiàn)階段的發(fā)展中，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料占據(jù)重要的作用，有效的對(duì)其進(jìn)行使用，可以更好地促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展。并且隨著不斷對(duì)其進(jìn)行研究，相關(guān)的理論知識(shí)已經(jīng)得到了一定的發(fā)展，處在了一個(gè)瓶頸階段，很難在使其繼續(xù)發(fā)展。 因此， 基于高分子材料的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，我們只有立足導(dǎo)電高分子材料的發(fā)展實(shí)際， 認(rèn)真分析導(dǎo)電高分子材料的種類(lèi)及特點(diǎn)，并深入探討導(dǎo)電高分子材料的實(shí)際特點(diǎn)， 還要對(duì)其應(yīng)用范圍和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討，為導(dǎo)電材料的應(yīng)用提出新的發(fā)展設(shè)想。參考文獻(xiàn)陸昶， 胡小寧， 赫玉欣等 . 特殊形態(tài)結(jié)構(gòu)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的電學(xué)性能. 材料研究學(xué)報(bào)，2012， 07（