导电高分子材料优质PPT.ppt

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5第六章导电高分子材料导电高分子材料目前，对结构型导电高分子的导电机理、聚合目前，对结构型导电高分子的导电机理、聚合物结构与导电性关系的理论研究十分活跃。

应用性物结构与导电性关系的理论研究十分活跃。

应用性研究也取得很大进展，如用导电高分子制作的研究也取得很大进展，如用导电高分子制作的大功大功率聚合物蓄电池、高能量密度电容器、微波吸收材率聚合物蓄电池、高能量密度电容器、微波吸收材料、电致变色材料料、电致变色材料，都已获得成功。

，都已获得成功。

6第六章导电高分子材料导电高分子材料为什么结构型导电高分子的实际应用为什么结构型导电高分子的实际应用尚不普遍尚不普遍？

大多数结构型导电高分子在空气中不稳定，导大多数结构型导电高分子在空气中不稳定，导电性随时间明显衰减电性随时间明显衰减。

此外，。

此外，导电高分子的加工导电高分子的加工性往往不够好性往往不够好，也限制了它们的应用。

，也限制了它们的应用。

科学家们正企图通过改进掺杂剂品种和掺杂科学家们正企图通过改进掺杂剂品种和掺杂技术，采用技术，采用共聚或共混共聚或共混的方法，克服导电高分子的方法，克服导电高分子的不稳定性，改善其加工性。

的不稳定性，改善其加工性。

7第六章导电高分子材料导电高分子材料1.3.2复合型导电高分子复合型导电高分子复合型导电高分子复合型导电高分子是在本身不具备导电性的是在本身不具备导电性的高分子材料中掺混入大量导电物质，如高分子材料中掺混入大量导电物质，如炭黑、金炭黑、金属粉、箔属粉、箔等，通过等，通过分散复合、层积复合、表面复分散复合、层积复合、表面复合合等方法构成的复合材料，其中以分散复合最为等方法构成的复合材料，其中以分散复合最为常用。

常用。

8第六章导电高分子材料导电高分子材料高分子材料本身并不具备导电性，只充当了粘合高分子材料本身并不具备导电性，只充当了粘合剂的角色剂的角色。

导电性是通过混合在其中的导电性的物。

导电性是通过混合在其中的导电性的物质如炭黑、金属粉末等获得的。

质如炭黑、金属粉末等获得的。

ATTENTION！

9第六章导电高分子材料导电高分子材料复合型导电高分子用作复合型导电高分子用作导电橡胶、导电涂料、导电橡胶、导电涂料、导电粘合剂、电磁波屏蔽材料和抗静电材料导电粘合剂、电磁波屏蔽材料和抗静电材料，在许，在许多领域发挥着重要的作用。

多领域发挥着重要的作用。

复合型导电高分子应用？

由于它们制备方便，有较强的实用性，因此在由于它们制备方便，有较强的实用性，因此在结构型导电高分子尚有许多技术问题没有解决的结构型导电高分子尚有许多技术问题没有解决的今天，人们对它们有着极大的兴趣。

今天，人们对它们有着极大的兴趣。

注塑导电包装11第六章导电高分子材料导电高分子材料1.3.3超导体高分子超导体高分子超导体是导体在一定条件下，处于无电阻状态超导体是导体在一定条件下，处于无电阻状态的一种形式的一种形式。

超导现象早在。

超导现象早在1911年就被发现。

由于年就被发现。

由于超导态时没有电阻，电流流经导体时不发生热能损超导态时没有电阻，电流流经导体时不发生热能损耗，因此在电力远距离输送、制造超导磁体等高精耗，因此在电力远距离输送、制造超导磁体等高精尖技术应用方面有重要的意义。

尖技术应用方面有重要的意义。

12第六章导电高分子材料导电高分子材料目前，巳经发现的许多具有超导性的金属和合目前，巳经发现的许多具有超导性的金属和合金，都只有在金，都只有在超低温度超低温度下或下或超高压力超高压力下才能转变为下才能转变为超导体。

显然这种材料作为电力、电器工业材料来超导体。

显然这种材料作为电力、电器工业材料来应用，在技术上、经济上都是不利的，因此，研制应用，在技术上、经济上都是不利的，因此，研制具有具有较高临界较高临界超导温度的超导体是人们关切的研究超导温度的超导体是人们关切的研究课题。

课题。

13第六章导电高分子材料导电高分子材料超导金属临界温度最高的是超导金属临界温度最高的是铌铌（Nb）,Tc9.2K。

超导合金最高超导临界温度的超导合金最高超导临界温度的铌铝锗合金铌铝锗合金（Nb/Al/Ge）Tc23.2K高分子材料高分子材料聚氮硫在聚氮硫在0.2K时具有超导性时具有超导性。

尽管它是高分子，。

尽管它是高分子，Tc也比金属和合金低，但由于聚合物的分子结构的可变性十也比金属和合金低，但由于聚合物的分子结构的可变性十分广泛，制造出超导临界温度较高的高分子超导体是大有希分广泛，制造出超导临界温度较高的高分子超导体是大有希望的。

望的。

研究的目标是研究的目标是超导临界温度达到液氮温度（超导临界温度达到液氮温度（77K）以上）以上，甚至是常温超导材料。

甚至是常温超导材料。

14第六章导电高分子材料导电高分子材料2.结构型导电高分子结构型导电高分子根据导电载流子的不同，结构型导电高分子有根据导电载流子的不同，结构型导电高分子有两种导电形式：

两种导电形式：

电子导电和离子传导电子导电和离子传导。

对不同的高。

对不同的高分子，导电形式可能有所不同，但在许多情况下，分子，导电形式可能有所不同，但在许多情况下，高分子的导电是由这两种导电形式共同引起的。

高分子的导电是由这两种导电形式共同引起的。

如测得尼龙如测得尼龙66在在120以上的导电就是电子以上的导电就是电子导电和离子导电的共同结果。

导电和离子导电的共同结果。

15第六章导电高分子材料导电高分子材料一般认为，四类聚合物具有导电性：

一般认为，四类聚合物具有导电性：

高分子电解质高分子电解质共轭体系聚合物共轭体系聚合物电荷转移络合物电荷转移络合物金属有机螯合物金属有机螯合物16第六章导电高分子材料导电高分子材料2.1共轭聚合物的电子导电共轭聚合物的电子导电2.1.1共轭体系的导电机理共轭体系的导电机理共轭聚合物是指分子主链中碳共轭聚合物是指分子主链中碳碳单键和双键碳单键和双键交替排列交替排列的聚合物，典型代表是的聚合物，典型代表是聚乙炔聚乙炔：

CH=CH由于分子中双键的由于分子中双键的电子的非定域性，这类聚电子的非定域性，这类聚合物大都表现出一定的导电性。

合物大都表现出一定的导电性。

17第六章导电高分子材料导电高分子材料按量子力学的观点，具有本征导电性的共轭体按量子力学的观点，具有本征导电性的共轭体系必须具备两条件。

系必须具备两条件。

第一，分子轨道能强烈离域；

第二，分子轨道能互相重叠第二，分子轨道能互相重叠。

在共轭聚合物中，电子离域的难易程度，取决在共轭聚合物中，电子离域的难易程度，取决于共轭链中于共轭链中电子数和电子活化能的关系。

电子数和电子活化能的关系。

共轭聚合物的分子链越长，共轭聚合物的分子链越长，电子数越多，则电子数越多，则电子活化能越低，亦即电子越易离域，则其导电性电子活化能越低，亦即电子越易离域，则其导电性越好越好。

下面以聚乙炔为例进行讨论。

18第六章导电高分子材料导电高分子材料聚乙炔具有最简单的共轭双键结构：

聚乙炔具有最简单的共轭双键结构：

（CH）x。

组。

组成主链的碳原子有四个价电子，其中成主链的碳原子有四个价电子，其中三个为三个为电子电子（sp2杂化轨道），两个与相邻的碳原子连接，一个杂化轨道），两个与相邻的碳原子连接，一个与氢原子链合，余下的与氢原子链合，余下的一个价电子一个价电子电子电子（Pz轨道轨道）与聚合物链所构成的平面相垂直（图与聚合物链所构成的平面相垂直（图31）。

）。

19第六章导电高分子材料导电高分子材料图图31（CH）x的价电子轨道的价电子轨道20第六章导电高分子材料导电高分子材料随随电子体系的扩大，出现被电子占据的电子体系的扩大，出现被电子占据的成成键态键态和空的和空的*反键态反键态。

随分子链的增长，形成能。

随分子链的增长，形成能带，其中带，其中成键状态形成成键状态形成价带价带，而，而*反键状态则形反键状态则形成成导带导带（图（图32）。

如果）。

如果电子在链上完全离域，电子在链上完全离域，并且相邻的碳原子间的链长相等，则并且相邻的碳原子间的链长相等，则*能带间能带间的的能隙能隙（或称禁带）消失，形成与金属相同的半满（或称禁带）消失，形成与金属相同的半满能带而变为导体。

能带而变为导体。

21第六章导电高分子材料导电高分子材料图图32共轭体系共轭体系Ax的长度的长度x与成键与成键反键电子状态反键电子状态22第六章导电高分子材料导电高分子材料从图中可见，从图中可见，要使材料导电，要使材料导电，电子必须具有电子必须具有越过禁带宽度的能量越过禁带宽度的能量EG，亦即电子从其最高占有轨，亦即电子从其最高占有轨道（基态）向最低空轨道（激发态）跃迁的能量道（基态）向最低空轨道（激发态）跃迁的能量E（电子活化能）必须大于（电子活化能）必须大于EG。

研究表明，线型共轭体系的电子活化能研究表明，线型共轭体系的电子活化能E与与电子数电子数N的关系为：

的关系为：

（39）23第六章导电高分子材料导电高分子材料反式聚乙炔的禁带宽度推测值为反式聚乙炔的禁带宽度推测值为1.35eV，若用，若用式（式（39）推算，）推算，N16，可见，可见聚合度为聚合度为8时即有自时即有自由电子电导由电子电导。

除了分子链长度和除了分子链长度和电子数影响外，共轭链的电子数影响外，共轭链的结构也影响聚合物的导电性。

从结构上看，共轭链结构也影响聚合物的导电性。

从结构上看，共轭链可分为可分为“受阻共轭受阻共轭”和和“无阻共轭无阻共轭”两类。

前者导两类。

前者导电性较低，后者则较高电性较低，后者则较高。

24第六章导电高分子材料导电高分子材料受阻共轭是指共轭链分子轨道上存在受阻共轭是指共轭链分子轨道上存在“缺陷缺陷”。

庞大的侧基或强极性基团引起共轭链的扭曲、折叠庞大的侧基或强极性基团引起共轭链的扭曲、折叠等，使等，使电子离域受到限制。

电子离域受到限制。

电子离域受阻程度越大，则分子链的电子导电性就电子离域受阻程度越大，则分子链的电子导电性就越差。

越差。

如下面的如下面的聚烷基乙炔聚烷基乙炔和和脱氯化氢聚氯乙烯脱氯化氢聚氯乙烯，都是受，都是受阻共轭聚合物的典型例子。

阻共轭聚合物的典型例子。

什么是什么是“受阻共轭受阻共轭”？

25第六章导电高分子材料导电高分子材料聚烷基乙炔聚烷基乙炔10-1510-10-1cm-1脱氯化氢脱氯化氢PVC10-1210-9-1cm-126第六章导电高分子材料导电高分子材料无阻共轭是指共轭链分子轨道上不存在无阻共轭是指共轭链分子轨道