導電高分子及其復合材料.ppt

1、導電性高分子及導電性高分子材料，首先，高分子材料一般使用電線的絕緣層等作為絕緣材料。 如果高分子材料能像金屬一樣通電的話，我們的生活會怎么樣呢(1)用高分子材料代替金屬電線：重量輕、廉價、資源廣。 (2)能夠解決生活中的許多靜電吸塵問題，(3)電磁波屏蔽，傳統(tǒng)的高分子是由共價鍵連接的幾個大分子，構成大分子的各個化學鍵非常穩(wěn)定，形成化學鍵的電子不能移動，因為分子中沒有非?；钴S的孤立電子和非?；钴S的鍵電子，是電中性的高分子材料有導電的可能性嗎？ 1974年日本筑波大學H.Shirakawa在聚乙炔的合成實驗中，偶然過量投入1000倍的催化劑，合成了興奮的銅色順式聚乙炔薄膜和銀白色光澤的反式聚乙炔。

2、 有機高分子不能徹底改變作為導電材料的概念。 世紀發(fā)現(xiàn)的導電性高分子材料，g.macdiarmid h.shirakawa j.hee ger阿倫馬克迪爾米德白川英樹阿倫黑，其他導電性高分子材料，聚噻吩，聚苯胺，聚苯乙炔，聚吡咯，分子中雙鍵及聚殘奧亞苯基(PPP )、聚咔唑(PCB )、聚喹啉(PQ )、聚硫代萘(PTIN )、電子導電性聚合物的特征、有機聚合物成為導體的必要條件：使其內部的某個電子或空穴具有跨結合區(qū)域的移動能力的大型共聚物電子導電聚合物的共同結構特征：分子內具有大的共軛電子體系，具有鍵轉移能力的價電子成為這種導電聚合物的唯一載體。 已知的電子導電性聚合物除了早期發(fā)現(xiàn)的聚乙炔以

3、外，通常是芳香單環(huán)、多環(huán)和雜環(huán)的共聚或均聚物。 根據(jù)載體的不同，導電聚合物的導電機理可分為3種：電子導電、離子導電和氧化還原導電3種：純或未摻雜的電子導電聚合物分子中的各結合分子軌道之間存在一定的能量階梯。 另一方面，由于電場力，電子在聚合物內部移動時必須跨越該能量階梯，由于該能量階梯的存在，價電子在共軛聚合中不能完全自由地跨越鍵。 因此，其導電能力受到影響，導電率不高。 屬于半導體的范圍。 圖中的碳原子右上角的符號表示參與鍵形成的p電子。 上述的聚乙炔結構，可以看作內部多享有由一個樹成對電子的CH自由基構成的長鏈，當所有碳原子在一個平面內時，其末成村電子云在空間上相互平行取向，相互重疊構成共

4、短鍵。 固體物理理論表明，該結構理想的一維金屬結構電子能夠在一維方向上自由運動是聚合物導電的理論基礎。 根據(jù)分子電子結構分析，聚乙炔結構可以寫如下。 如上圖所示，兩個能帶的能量存在差異，但在導電狀態(tài)下p電子離開域的運動必須超過該能量階梯差。 這是阻礙我們線性共軛體系中遇到的電子運動，影響其電導率的基本因素，考慮到每個CH自由基結構單元的p電子軌道中只有一個電子，根據(jù)分子軌道理論，一個分子軌道中只填充了兩個反自旋方向的電子。 應當處于非穩(wěn)定狀態(tài)，其中每個p電子占據(jù)一個軌道的上圖中描述的線性共軛電子系統(tǒng)處于半滿能帶。 構成2原子對的電子對占據(jù)一方的分子軌道，另一方成為空軌道的傾向。 由于空軌道和占

5、有軌道能級的不同，原p原子形成的能帶分裂為兩個子帶，一個由全充滿能帶構成價帶，另一個是空帶，構成傳導帶。 現(xiàn)代結構分析和測試結果表明，線性共軛聚合物中兩個相鄰鍵的鍵長和鍵能存在差異。 這一結果間接證明了該系統(tǒng)存在能帶分裂。Peierls理論不僅描述了線性共軛聚合物的導電現(xiàn)象和導電能力，還提出了如何尋找和提高導電聚合物的導電能力。 電子的相對移動是導電的基礎。 電子在共軛電子系統(tǒng)中自由移動，首先必須克服全波段和空波段之間的能量階梯。 因為全波段和空波段在分子結構中相互有間隔。 由該能量階梯差的大小決定共軛型聚合物的導電能力的高低。 由于丁這個能量階梯的存在，我們得到的不是良導體而是半導體。 由此

6、可知，降低能帶分裂引起的能量階梯差是提高共軛型導電性聚合物的電導率的主要手段。 電子導電性聚合物的摻雜、摻雜的作用：在聚合物的空軌道中放入電子，或者從占有軌道中抽出電子，改變現(xiàn)在電子能量世代的能級，出現(xiàn)處于能量中央的半充滿能帶，減小能帶之間的能差， 減少自由電子或空穴遷移的阻礙力，大大提高導電能力，1 )物理化學摻雜： n摻雜：供電子物質(例如Na )、接收也稱為還原摻雜p摻雜的電子的物質(例如I2)、氧化摻雜2 )電化學摻雜：氧化反應： ClO4-等陰離子摻雜還原反應NR4等的陽離子3 )質子酸摻雜：質子化反應4 )其他物理摻雜：光等激發(fā)、摻雜方法、電子導電性聚合物電導率影響因子；1 )摻雜

7、過程、摻雜劑及摻雜量、金屬材料的電導溫度系數(shù)為負值，即溫度越高電導率越低。 電子導電性聚合物的溫度系數(shù)為正，即隨著溫度的上升，電阻減少，電導率增加，2 )溫度：電導性聚合物的電導率隨著溫度的變化而變化：式中，sat、To分別為常數(shù)，具體的數(shù)值為材料樹本身的性質和摻雜的程度隨著共軛鏈長度的增長，電子波函數(shù)的這種趨勢變得顯著，有利于自由電子沿分子共軛鏈移動，聚合物的電導率增加。 由圖可知，線性共軛導電性聚合物的電導率隨著共軛鏈長的增長呈指數(shù)函數(shù)急速增加。 因此，提高共軛鏈的長度是提高聚合物導電性能的重要手段之一這一結論適用于所有類型的電子導電聚合物。 3 )分子中共役鏈長：電是導電聚合物的電導率隨

8、溫度變化的：離子導電高分子材料，載流子：正、負離子、載流子正、負離子體積大于電子，不能在固體晶格間相對移動. 構成導電所必需的兩個條件：1)不是離子對，而是獨立存在的正、負離子可以自由移動，影響離子傳導性聚合物傳導能力的要素，聚合物其他要素：聚合物溶劑化能：聚合物玻璃化溫度：改善離子傳導性聚合物的傳導性共聚：降低Tg和結晶性2 )交聯(lián)：降低材料的結晶性3 )混合：提高導電性能4 )塑化：降低Tg和結晶性，氧化還原型導電聚合物，還原型導電聚合物的導電機理，金屬導電：自由電子型導電聚合物：含有共軛鍵，載流子為電子的離子型導電聚合物：電子氧化還原型導電聚合物：雖然是可逆氧化還原反應，但總體上結構型導

9、電高分子的實用化還不普遍，關鍵技術問題是許多結構型導電高分子在空氣中不穩(wěn)定，導電性隨時間顯著衰減。 另外，導電性高分子的加工性不充分的情況很多，它們的應用也受到限制。本征型導電聚合物材料的合成方法、本征型導電聚合物材料的合成方法主要有電化學聚合法和化學聚合法兩種：1、化學聚合法聚苯乙烯的化學聚合法(Kovacic )、本征型導電聚合物材料的合成方法、缺點：只適用于小批量生產的2本征型導電聚合物材料的合成方法， 其他合成方法：3 .乳液聚合法，4 .微乳液聚合法，高分子材料的絕緣在其分子結構中共價鍵限制了電子的遷移，因此解決高分子材料導電性能的關鍵問題是產生電流的載體問題。 還有其他讓高分子材料

10、導電的方法嗎？ 如果能夠向聚合物中導入足夠數(shù)量的載氣，就能夠使絕緣聚合物成為半導體或導體。 像這樣嗎？ 那么，將導電的粒子填充到絕緣的聚合物中，將載體填充到導電粒子中，得到的復合材料也能夠導電嗎？ 以結構型高分子從材料為基體(連續(xù)相)，由各種導電性物質(例如碳系、金屬、金屬氧化物、結構型導電性高分子等)和分散復合、層疊復合、表面復合或傾斜復合等方法構成的具有導電能力的材料。 其中，分散復合法最為普遍。 導電性填料在復合型導電性高分子中發(fā)揮供給載氣的作用，其形態(tài)、性質及使用量直接決定材料的導電性。 導電性高分子復合材料導電機理、導電性填料、聚合物基體、導電性復合材料的導電機理、導電性復合材料的滲

11、透現(xiàn)象、導電性高分子復合材料的基本概念、高分子基體材料、導電性填充材料、導電性高分子復合材料的組成、其他助劑、聚合物基體導電性復合材料的制造方法， 簡單b )溶液共混法c )乳液共混，優(yōu)點：工序簡單，希望大規(guī)模產業(yè)化，缺點：分散效果差，簡單機械混合法：熔融共混，聚合物系導電復合材料的制造方法，聚合物系導電復合材料的制造方法，2 .填料表面的接枝改性處理后，聚合物炭黑接枝圖像() 分散效果高，滲透值低，2 .填料表面的接枝改性處理后，與聚合物基體進行機械共混，CB-g-WPU/WPU復合材料(乳液共混)，聚合物系導電復合材料的制造方法，3 .原位聚合法不同合成方法的過滲值的比較、聚合物系導電性復

12、合材料的制造方法、影響導電性的因素、導電性填料的性質、制造工藝、導電性填料的使用量、導電性填料的形狀、導電性高分子復合材料的應用、1 .防靜電、防靜電的必要性：電絕緣性聚合物， 防靜電的必要性合成纖維制成的衣服會引起放電，吸塵器殼體會吸附大量的灰塵，電視屏幕會吸附灰塵，電視收音機會受到干擾，有時靜電泄漏會引起嚴重的火災和爆炸事故。 防靜電方法：適時引導產生的靜電，避免靜電積累，應用導電高分子復合材料，近年來鉛錫是印刷線路板和表面安裝技術的連接材料，其中鉛含量在40%左右。 鉛污染人體的健康和環(huán)境。 對于電子產品及制造過程中使用的有毒重金屬，例如鉛等，美國從1992年開始禁止使用，日本在2001

13、年規(guī)定限制使用鉛的歐洲也明確規(guī)定了2004年停止使用。 歐盟積極運行禁鉛政策，世界上所有的電子產業(yè)都期待2008年徹底實施無鉛電子產業(yè)。 2 .導電膏、導電高分子復合材料的應用，簡稱導電型粘接劑、導電膏，是將各種材料有效粘接，同時具有導電性能的粘接劑。 導電膏作為新型復合材料的應用日益受到重視，具有廣闊的市場前景和發(fā)展?jié)摿Αщ娦蕴盍夏軌虼蠓岣呔€分辨率，能夠應對高I/O密度，并且還具有固化溫度低、組裝工序簡化等優(yōu)點，因此迅速發(fā)展。 解決目前廣泛應用于電話與移動通信系統(tǒng)、廣播、電視、計算機行業(yè)、汽車工業(yè)的醫(yī)療器械、電磁兼容(EMC )等方面。 導電高分子復合材料的應用、2 .導電膏、隱身技術是

14、當前軍事科學的重要技術之一，是國家軍事力量的重要標志。 隱身材料是能夠減少軍事目標雷達特征、紅外特征、光電特征和目視特征的材料系統(tǒng)。 導電聚合物出現(xiàn)以來，導電聚合物作為新的有機和聚合物雷達波吸收材料被稱為導電聚合物領域的研究熱點和導電聚合物實用化的突破點。 導電高分子化合物是巡洋導彈控制頂蓋的優(yōu)先隱藏材料，3 .軍事隱藏材料、導電高分子復合材料的應用、導電高分子復合材料的應用、雷達隱藏技術雷達電波吸收材料，3 .軍事隱藏技術紅外線隱藏材料、導電高分子復合材料的應用、電磁屏蔽材料的導電材料，因此， 它是一種非常理想的代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬的新型電磁屏蔽材料，可以應用于計算機房、手機、電視、計算機和起搏器等

15、電子電氣部件。 4 .其他應用、PTC型導電高分子復合材料、PTC型導電高分子復合材料的基本概念、PTC效應，即正溫度系數(shù)效應是指材料的電阻率隨溫度上升而增大的現(xiàn)象。PTC型導電高分子復合材料、復合材料的電阻隨溫度的升高而增大，有明顯的突變現(xiàn)象，包括PTC導電復合材料的功能原理、PTC型導電高分子復合材料、聚合物基體填料組成和含量的制備工藝、影響PTC性能的主要因素、PTC型導電高分子復合材料、 電阻率與PTC強度和填料含量的關系影響PTC性能的主要因素，PTC型導電性高分子復合材料，體積膨脹理論，晶體區(qū)破壞說，PTC復合材料的功能機理，PTC型導電性高分子復合材料，1 .自制加熱系統(tǒng)自制加熱

16、電纜在石油化工領域的應用， 2 .加熱元件在其他領域的作用，PTC復合材料的應用在節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器上的應用，微電動機的自保護，4 .其他應用，氣敏性導電性高分子復合材料，氣敏性導電性高分子復合材料的基本概念，復合材料吸收有機溶劑蒸氣時，復合材料的微觀結構發(fā)生急劇變化，填充劑不脫離平衡位置復合材料重新配置到空氣中時，吸收的蒸汽脫落，復合材料的電阻迅速上升到初始值，具有這種氣體傳感器開關特性的導電性高分子復合材料成為氣體傳感器導電性高分子復合材料。 柔性、性質多樣性、高氣敏性、優(yōu)良的反復可逆性一體化，現(xiàn)階段聚合物氣敏性材料的研究熱點，氣敏性導電性高分子復合材料、導電性復合材料在有機溶劑中的電阻發(fā)生非線性突變現(xiàn)象、氣敏性導電性復合材料的功能原理、氣敏性導電性高分子復合材料，1、響應速度快，2、再現(xiàn)性和穩(wěn)定性低蒸汽壓下，復合材料的氣敏響應度與蒸汽壓呈線性關系，定量檢測有機蒸汽濃度、