文档介绍：第五章导电高分子
1. 概述
导电高分子的基本概念
物质按电学性能分类可分为绝缘体、半导体、
导体和超导体四类。高分子材料通常属于绝缘体的
范畴。但1977年美国科学家黑格()、
麦克迪尔米德(. MacDiarmid)和日本科学家
白川英树()发现掺杂聚乙炔具有金
属导电特性以来,有机高分子不能作为导电材料的
概念被彻底改变。
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导电性聚乙炔的出现不仅打破了高分子仅为绝
缘体的传统观念,而且为低维固体电子学和分子电
子学的建立打下基础,而具有重要的科学意义。上
述三位科学家因此分享2000年诺贝尔化学奖。
黑格小传
麦克迪尔米德小传
白川英树小传
第五章导电高分子
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第五章导电高分子
所谓导电高分子是由具有共轭π键的高分子经
化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一
类高分子材料。它完全不同于由金属或碳粉末与高
分子共混而制成的导电塑料。
通常导电高分子的结构特征是由有高分子链结
构和与链非键合的一价阴离子或阳离子共同组成。
即在导电高分子结构中,除了具有高分子链外,还
含有由“掺杂”而引入的一价对阴离子(p型掺杂)
或对阳离子(n型掺杂)。
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第五章导电高分子
导电高分子不仅具有由于掺杂而带来的金属特
性(高电导率)和半导体(p和n型)特性之外,还
具有高分子结构的可分子设计性,可加工性和密度
小等特点。为此,从广义的角度来看,导电高分子
可归为功能高分子的范畴。
导电高分子具有特殊的结构和优异的物理化学
性能使它在能源、光电子器件、信息、传感器、分
子导线和分子器件、电磁屏蔽、金属防腐和隐身技
术方面有着广泛、诱人的应用前景。
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第五章导电高分子
导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研
究热点。经过近三十年的研究,导电高分子无论在
分子设计和材料合成、掺杂方法和掺杂机理、导电
机理、加工性能、物理性能以及应用技术探索都已
取得重要的研究进展,并且正在向实用化的方向迈
进。本章主要介绍导电高分子的结构特征和基本的
物理、化学特性,并评述导电高分子的重要的研究
进展。
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第五章导电高分子
材料的导电性是由于物质内部存在的带电粒子
的移动引起的。这些带电粒子可以是正、负离子,
也可以是电子或空穴,统称为载流子。载流子在外
加电场作用下沿电场方向运动,就形成电流。可
见,材料导电性的好坏,与物质所含的载流子数目
及其运动速度有关。
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第五章导电高分子
材料的导电率是一个跨度很大的指标。从最好
的绝缘体到导电性非常好的超导体,导电率可相差
40个数量级以上。根据材料的导电率大小,通常可
分为绝缘体,半导体、导体和超导体四大类。这是
一种很粗略的划分,并无十分确定的界线。在本章
的讨论中,将不区分高分子半导体和高分子导体,
统一称作导电高分子。
表5—1列出了这四大类材料的电导率及其典型
代表。
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第五章导电高分子
表5—1 材料导电率范围
材料
电导率/Ω-1·cm-1
典型代表
绝缘体
<10-10
石英、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯
半导体
10-10~102
硅、锗、聚乙炔
导体
102~108
汞、银、铜、石墨
超导体
>108
铌( K)、铌铝锗合金()、聚氮硫( K)
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第五章导电高分子
导电高分子的类型
按照材料的结构与组成,可将导电高分子分成
两大类。一类是结构型(本征型)导电高分子,另
一类是复合型导电高分子。
结构型导电高分子
结构型导电高分子本身具有“固有”的导电性,
由聚合物结构提供导电载流子(包括电子、离子或
空穴)。这类聚合物经掺杂后,电导率可大幅度提
高,其中有些甚至可达到金属的导电水平。
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第五章导电高分子
迄今为止,国内外对结构型导电高分子研究得
较为深入的品种有聚乙炔、聚对苯硫醚、聚对苯
撑、聚苯胺、聚吡咯、Q传荷络合
聚合物等。其中以掺杂型聚乙炔具有最高的导电
性,其电导率可达5×103~104Ω-1·cm-1(金属铜的
电导率为105Ω-1·cm-1)。
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