《功能高分子導(dǎo)電》ppt課件-全文預(yù)覽
【正文】 在復(fù)合型導(dǎo)電高分子中起提供載流子 的作用 ，因此，它的形態(tài)、性質(zhì)和用量直接決定材 料的導(dǎo)電性。 目前用作復(fù)合型導(dǎo)電高分子基料的主要有 聚乙 烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、 ABS、環(huán)氧樹 脂、丙烯酸酯樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯、聚氨 酯、聚酰亞胺、有機(jī)硅樹脂 等。 38 第五章 導(dǎo)電高分子 3 復(fù)合型導(dǎo)電高分子 復(fù)合型導(dǎo)電高分子的基本概念 復(fù)合型導(dǎo)電高分子是以 普通的絕緣聚合物 為主 要基質(zhì)（成型物質(zhì)），并在其中摻入較大量的 導(dǎo)電 填料 配制而成的。溫度越高，石 墨化程度也越高，導(dǎo)電性就越大，見 表 5— 5。 聚乙烯醇、聚酰亞胺經(jīng)熱裂解后都可得到類似 的導(dǎo)電高分子 。聚丙烯腈熱解反應(yīng) 式為： 33 第五章 導(dǎo)電高分子 C HC H2C HC H2C HC H2CNCNCN高 溫 焦 化C HC H2C HC H2C HCNCNCCC HCC HCCNCNC脫 氫34 第五章 導(dǎo)電高分子 如果將上述產(chǎn)物進(jìn)一步熱裂解至氮完全消失， 可得到 電導(dǎo)率高達(dá) 10Ω1它是由聚 丙烯腈在 400～ 600℃ 溫度下熱解環(huán)化、脫氫形成的 梯型含氮芳香結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。 聚乙炔為平面結(jié)構(gòu)分子，有順式和反式兩種異構(gòu) 體。 下面介紹幾種典型的共軛聚合物。摻雜的方法可分為 化學(xué)法和物理法 兩大類， 前者有 氣相摻雜、液相摻雜、電化學(xué)摻雜、光引發(fā) 摻雜 等，后者有離子注入法等。另一方面， 由于聚乙炔的電子親和力很大，也可以從作為電子 給體的堿金屬接受電子而使電導(dǎo)率上升。如果完全不含雜質(zhì)，聚 乙炔的電導(dǎo)率也很小。從結(jié)構(gòu)上看，共軛鏈 可分為 “受阻共軛”和“無阻共軛” 兩類。如果 π電子在鏈上完全離域， 并且相鄰的碳原子間的鏈長(zhǎng)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。 22 第五章 導(dǎo)電高分子 聚乙炔具有最簡(jiǎn)單的共軛雙鍵結(jié)構(gòu)： (CH)x。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。 下面主要介紹 共軛體系聚合物 。如 測(cè)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。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。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。 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 。 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 。 12 第五章 導(dǎo)電高分子 但總的來說，結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子的實(shí)際應(yīng)用尚 不普遍，關(guān)鍵的技術(shù)問題在于 大多數(shù)結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高 分子在空氣中不穩(wěn)定，導(dǎo)電性隨時(shí)間明顯衰減 。cm1（金屬銅的 電導(dǎo)率為 105Ω1 結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子 結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子本身具有“固有”的導(dǎo)電性 ， 由聚合物結(jié)構(gòu)提供導(dǎo)電載流子（包括 電子、離子或 空穴 ）。 表 5— 1列出了這四大類材料的電導(dǎo)率及其典型 代表。從最好 的絕緣體到導(dǎo)電性非常好的超導(dǎo)體，導(dǎo)電率可相差 40個(gè)數(shù)量級(jí)以上。這些帶電粒子可以是 正、負(fù)離子， 也可以是電子或空穴 ，統(tǒng)稱為 載流子 。 5 第五章 導(dǎo)電高分子 導(dǎo)電高分子自發(fā)現(xiàn)之日起就成為材料科學(xué)的研 究熱點(diǎn)。 即在導(dǎo)電高分子結(jié)構(gòu)中，除了具有高分子鏈外，還 含有由“摻雜”而引入的 一價(jià)對(duì)陰離子（ p型摻雜） 或 對(duì)陽離子（ n型摻雜） 。上 述 三位科學(xué)家因此分享 2022年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 。1 第五章 導(dǎo)電高分子 1. 概述 導(dǎo)電高分子的基本概念 物質(zhì)按電學(xué)性能分類可分為絕緣體、半導(dǎo)體、 導(dǎo)體和超導(dǎo)體四類。 2 導(dǎo)電性聚乙炔的出現(xiàn)不僅打破了高分子僅為絕 緣體的傳統(tǒng)觀念，而且為低維固體電子學(xué)和分子電 子學(xué)的建立打下基礎(chǔ)，而具有重要的科學(xué)意義。 通常導(dǎo)電高分子的結(jié)構(gòu)特征是由有高分子鏈結(jié) 構(gòu)和與鏈非鍵合的一價(jià)陰離子或陽離子共同組成。 導(dǎo)電高分子具有特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué) 性能使它在能源、光電子器件、信息、傳感器、分 子導(dǎo)線和分子器件、電磁屏蔽、金屬防腐和隱身技 術(shù)方面有著廣泛、誘人的應(yīng)用前景。 6 第五章 導(dǎo)電高分子 材料的導(dǎo)電性是由于物質(zhì)內(nèi)部存在的帶電粒子 的移動(dòng)引起的。 7 第五章 導(dǎo)電高分子 材料的導(dǎo)電率是一個(gè)跨度很大的指標(biāo)。 在本章 的討論中，將不區(qū)分高分子半導(dǎo)體和高分子導(dǎo)體， 統(tǒng)一稱作導(dǎo)電高分子。一類是 結(jié)構(gòu)型（本征型）導(dǎo)電高分子 ，另 一類是 復(fù)合型導(dǎo)電高分子 。其中以摻雜型聚乙炔具有最高的導(dǎo)電 性，其電導(dǎo)率可達(dá) 5 103～ 10
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