《功能高分子導(dǎo)電》ppt課件-文庫吧
2024-12-28 10:14 本頁面
【正文】 型導(dǎo)電高分子 是在本身不具備導(dǎo)電性的 高分子材料中摻混入大量導(dǎo)電物質(zhì)，如 炭黑、金 屬粉、箔 等，通過 分散復(fù)合、層積復(fù)合、表面復(fù) 合 等方法構(gòu)成的復(fù)合材料，其中以分散復(fù)合最為 常用。 14 第五章 導(dǎo)電高分子 與結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子不同，在復(fù)合型導(dǎo)電高分 子中， 高分子材料本身并不具備導(dǎo)電性，只充當(dāng)了 粘合劑的角色 。導(dǎo)電性是通過混合在其中的導(dǎo)電性 的物質(zhì)如炭黑、金屬粉末等獲得的。由于它們制備 方便，有較強(qiáng)的實(shí)用性，因此在結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子 尚有許多技術(shù)問題沒有解決的今天，人們對它們有 著極大的興趣。復(fù)合型導(dǎo)電高分子用作 導(dǎo)電橡膠、 導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電粘合劑、電磁波屏蔽材料和抗靜電 材料 ，在許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。 15 第五章 導(dǎo)電高分子 超導(dǎo)體高分子 超導(dǎo)體是導(dǎo)體在一定條件下，處于無電阻狀態(tài) 的一種形式 。超導(dǎo)現(xiàn)象早在 1911年就被發(fā)現(xiàn)。由于 超導(dǎo)態(tài)時(shí)沒有電阻，電流流經(jīng)導(dǎo)體時(shí)不發(fā)生熱能損 耗，因此在電力遠(yuǎn)距離輸送、制造超導(dǎo)磁體等高精 尖技術(shù)應(yīng)用方面有重要的意義。 16 第五章 導(dǎo)電高分子 目前，巳經(jīng)發(fā)現(xiàn)的許多具有超導(dǎo)性的金屬和合 金，都只有在 超低溫度 下或 超高壓力 下才能轉(zhuǎn)變?yōu)? 超導(dǎo)體。顯然這種材料作為電力、電器工業(yè)材料來 應(yīng)用，在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上都是不利的，因此，研制 具有較高臨界超導(dǎo)溫度的超導(dǎo)體是人們關(guān)切的研究 課題。 17 第五章 導(dǎo)電高分子 超導(dǎo)金屬中，超導(dǎo)臨界溫度最高的是 鈮 (Nb), Tc＝ 。超導(dǎo)合金中則以 鈮鋁鍺合金 (Nb/Al/Ge) 具有最高的超導(dǎo)臨界溫度， Tc＝ 。在高分子材 料中，已發(fā)現(xiàn) 聚氮硫在 。盡管它 是無機(jī)高分子， Tc也比金屬和合金低，但由于聚合 物的分子結(jié)構(gòu)的可變性十分廣泛，因此，專家們預(yù) 言，制造出超導(dǎo)臨界溫度較高的高分子超導(dǎo)體是大 有希望的。研究的目標(biāo)是 超導(dǎo)臨界溫度達(dá)到液氮溫 度（ 77K）以上 ，甚至是常溫超導(dǎo)材料。 18 第五章 導(dǎo)電高分子 2. 結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子 根據(jù)導(dǎo)電載流子的不同，結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子有 兩種導(dǎo)電形式： 電子導(dǎo)電和離子傳導(dǎo) 。對不同的高 分子，導(dǎo)電形式可能有所不同，但在許多情況下， 高分子的導(dǎo)電是由這兩種導(dǎo)電形式共同引起的。如 測得尼龍 － 66在 120℃ 以上的導(dǎo)電就是電子導(dǎo)電和 離子導(dǎo)電的共同結(jié)果。 19 第五章 導(dǎo)電高分子 一般認(rèn)為，四類聚合物具有導(dǎo)電性： 高分子電 解質(zhì)、共軛體系聚合物、電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物和金屬有 機(jī)螯合物 。其中除高分子電解質(zhì)是以離子傳導(dǎo)為主 外，其余三類聚合物都是以電子傳導(dǎo)為主的。這幾 類導(dǎo)電高分子目前都有不同程度的發(fā)展。 下面主要介紹 共軛體系聚合物 。 20 第五章 導(dǎo)電高分子 共軛聚合物的電子導(dǎo)電 共軛體系的導(dǎo)電機(jī)理 共軛聚合物是指分子主鏈中碳 — 碳單鍵和雙鍵 交替排列的聚合物，典型代表是 聚乙炔 ： － CH = CH－ 由于分子中雙鍵的 π電子的非定域性，這類聚 合物大都表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性。 21 第五章 導(dǎo)電高分子 按量子力學(xué)的觀點(diǎn)，具有本征導(dǎo)電性的共軛體 系必須具備兩條件。 第一，分子軌道能強(qiáng)烈離域； 第二，分子軌道能互相重疊 。滿足這兩個(gè)條件的共 軛體系聚合物，便能通過自身的載流子產(chǎn)生和輸送 電流。 在共軛聚合物中，電子離域的難易程度，取決 于共軛鏈中 π電子數(shù)和電子活化能的關(guān)系。理論與 實(shí)踐都表明， 共軛聚合物的分子鏈越長， π電子數(shù) 越多，則電子活化能越低，亦即電子越易離域，則 其導(dǎo)電性越好 。下面以聚乙炔為例進(jìn)行討論。 22 第五章 導(dǎo)電高分子 聚乙炔具有最簡單的共軛雙鍵結(jié)構(gòu)： (CH)x。組 成主鏈的碳原子有四個(gè)價(jià)電子，其中 三個(gè)為 σ電子 （ sp2雜化軌道），兩個(gè)與相鄰的碳原子連接，一個(gè) 與氫原子鏈合，余下的 一個(gè)價(jià)電子 π電子 (Pz軌道 ) 與聚合物鏈所構(gòu)成的平面相垂直（圖 5— 1）。 23 第五章 導(dǎo)電高分子 圖 5— 1 (CH)x的價(jià)電子軌道 24 第五章 導(dǎo)電高分子 隨 π電子體系的擴(kuò)大，出現(xiàn)被電子占據(jù)的 π成 鍵態(tài) 和空的 π*反鍵態(tài) 。隨分子鏈的增長，形成能 帶，其中 π成鍵狀態(tài)形成價(jià)帶，而 π*反鍵狀態(tài)則形 成導(dǎo)帶（圖 5— 2）。如果 π電子在鏈上完全離域， 并且相鄰的碳原子間的鏈長相等，則 π－ π*能帶間 的 能隙 （或稱禁帶）消失，形成與金屬相同的半滿 能帶而變?yōu)閷?dǎo)體。 25 第五章 導(dǎo)電高分子 從圖中可見， 要使材料導(dǎo)電， π電子必須具有 越過禁帶寬度的能量 EG，亦即電子從其最高占有軌 道（基態(tài)）向最低空軌道（激發(fā)態(tài)）躍遷的能量 ΔE（電子活化能）必須大于 EG。 研究表明，線型共軛體系的電子活化能 ΔE與 π電子數(shù) N的關(guān)系為： （ 5— 9） )( 2 eVNNE ???26 第五章 導(dǎo)電高分子 反式聚乙炔的禁帶寬度推測值為 ，若用 式（ 5— 9）推
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