功能高分子材料 教学课件 作者 焦剑姚军燕 主编 第4章 电功能高分子材料.ppt

尚辅网 尚辅网 尚辅网 第四章 电功能高分子材料_电致发光高分子材料 4.5.1 高分子电致变色材料及其变色机理 电致变色现象是指材料的吸收光谱在外加电场或电流作用下产生可逆变化的一种现象。从本质上说，电致变色是一种电化学氧化还原反应。材料在电场作用下发生了化学变化，化学结构发生相应改变，反应后材料在可见区域其最大吸收波长或者吸收系数发生了较大改变，在外观上表现出颜色的可逆变化。物质的吸收光谱取决于其分子结构中的分子轨道能级，处在分子低能级轨道上的电子吸收特定能量（表现为特定频率或者颜色）的光子，跃迁到高能级轨道，两个能级之间的能级差与吸收的光子能量相对应。 尚辅网 第四章 电功能高分子材料_电致发光高分子材料 所有的导电高分子材料均存在成为电致变色高分子的可能性 目前人们研究的高分子电致变色材料按结构类型划分主要包括三种类型： 主链共轭型导电高分子材料 侧链带有电致变色结构的高分子材料 高分子化的金属配合物 小分子电致变色材料与聚合物的共混物和接枝物。 尚辅网 第四章 电功能高分子材料_电致发光高分子材料 4.5.2 电致变色高分子材料的应用 具有实用价值的电致变色高分子材料必须具备颜色变化的可逆性、颜色变化的方便性和灵敏性、颜色深度的可控性、颜色记忆性、驱动电压低、多色性和环境适应性强的特点。近年来研制开发的主要有信息显示器件、电致变色智能调光窗、无眩反光镜、电色储存器等。此外，在变色镜，高分辨率光电摄像器材，光电化学能转换和储存器，电子束金属版印刷技术等高新技术产品中也获得应用。 尚辅网 第四章 电功能高分子材料_结构型导电高分子材料 ③ 聚合物电导率与分子中共轭链长度之间的关系 线性共轭导电聚合物的电导率随其共轭链长度的增加而呈指数快速增加。 线性共轭导电聚合物分子结构中的电子分布不是各向同性的，聚合物内的价电子更倾向于沿着线性共轭的分子内部移动，而不是在两条分子链之间。随着共轭链长度的增加，有利于自由电子沿着分子共轭链移动，导致聚合物的电导率增加。 提高共轭链的长度是提高聚合物导电性能的重要手段之一 分子链的共轭长度，而不是聚合物分子长度。 尚辅网 第四章 电功能高分子材料_结构型导电高分子材料 除上面提到的影响因素之外，电子导电聚合物的电导率还与掺杂剂的种类、制备及使用时的环境气氛、压力和是否有光照等因素有直接或间接的关系。 图4-10 聚乙炔的电导率与分子共轭链长度的关系 注：掺碘浓度为3.5%，测试温度为室温 尚辅网 第四章 电功能高分子材料_结构型导电高分子材料 ⑷ 共轭高聚物的合成 化学聚合 电化学聚合：直接法和间接法。 直接法是直接以单体为原料，一步合成大共轭结构 间接法在得到聚合物后需要一个或多个转化步骤，在聚合物链上生成共轭结构 图4-11 共轭高聚物的合成路线 尚辅网 第四章 电功能高分子材料_结构型导电高分子材料 直接法合成导电聚合物: 采用缩聚反应直接合成聚苯型导电高聚物 特点：这种方法得到的高聚物溶解性差，在反应过程中常以沉淀的方式使反应停止，所得产物的分子量不高，产物的加工也较困难。 尚辅网 第四章 电功能高分子材料_结构型导电高分子材料 利用可溶性前驱体间接合成导电聚合物 其中高聚物(Ⅰ)是稳定的也是可溶的，用溶液浇铸法加工成薄膜，经220℃热处理，则转换为高分子量的聚苯。这种方法也可用于聚乙炔等的生产。 尚辅网 第四章 电功能高分子材料_结构型导电高分子材料 电化学方法也是制备导电高聚物的重要方法 如吡咯在酸性水溶液中即可电化学聚合： 其中酸可以是盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸等无机酸，也可以是对甲基苯磺酸、十二烷基苯磺酸等有机酸，聚合电极可以是Pt、Pd等贵金属，也可是不锈钢、热解炭等，聚合溶液中的支持电解质为KCl等。 聚苯胺也可采用电化学法合成 尚辅网 第四章 电功能高分子材料_结构型导电高分子材料 二、高分子电荷转移络合物 电荷转移络合物是由易给出电子的电子给体D和容易接受电子的电子受体A之间形成的复合体（CTC）。 当电子不完全转移时，形成络合物I，而完全转移时，则形成Ⅲ。电子的非定域化，使电子更容易沿着D一A分子叠层移动，Aδ－的孤对电子在A分子间跃迁传导，加之在CTC中由于D一A键长的动态变化（扬－特尔效应）促进电子跃迁，因而CTC具有较高的电导率。 尚辅网 第四章 电功能高分子材料_结构型导电高分子材料 表4-7 高分子电荷转移络合物及其电导率 尚辅网 第四章 电功能高分子材料_结构型导电高分子材料 高分子电荷转移络合物的分类： 一类是主链或侧链含有π电子体系的聚合物与小分子电子给体或受体所组成的非离子型或离子型电荷转移络合物； 第二类由侧链