导电高分子讲解.ppt

制 备 方 法 压片法：聚合物粒子与导电粒子混合压制成型 混合法：聚合物熔体或浓溶液与电导粒子混合之后，经冷却或除去溶剂成型 反应法：单体与导电粒子混合后聚合成型,分散度高 导电高分子复合材料的结构 -----粒子在高分子介质当中的分散状态，可用光学显微镜，扫描电镜观察。主要有以下几种典型结构： 1 分散复合结构 2 层状复合结构 3 表面复合结构 4 梯度复合结构 1 分散复合结构 粉末状、颗粒状、纤维状的导电物质均匀分散于高分子基体材料中，导电性呈各相同性。 导电性能影响因素：分散相的导电能力、集合形状、粒度、分散情况以及聚合物基体性质。 2 层状复合结构 导电物质与聚合物相对独立，导电物质为箔或网，被聚合物覆盖，导电物质直接构成导电通路。 导电性能影响因素：导电物质导电性能。 应用：电磁屏蔽 3 表面复合结构 导电物质覆盖于聚合物表面，导电物质直接构成导电通路。 导电性能影响因素：导电物质导电性能。 应用：静电屏蔽、装饰 复合导电高分子的特点1 “渗滤阀值”现象： -----随导电填料含量增加，开始时电导率增加极少，当加入的导电粒子达到某一含量值后，电导率有一跳跃，剧增十个数量级以上。 复合型导电高分子电导率与导电填料的关系 随炭黑含量的增加,体积电阻率下降,导电性增加,并呈现出电阻率与炭黑含量的非线性关系 HDPE/碳黑 渗滤阀值与聚合物基体性质相关 聚合物的结晶度越大，导电率越高，这是由于导电填料优先分散在无定型中所致 ，导致导电填料的浓度相对增加。 开 关 效 应 -----电压与电流的关系急剧发生变化的现象。 表现： 在一定温度下增加电压，在某一电压时由非导体剧变为导体； 开态电压与粒子填充率和粒子类型的关系 （a）添加材料为银粒子 （b）添加材料为镀银玻璃珠 银粒子导电性更好 导 电 机 制 导电通路理论 ----导电填料浓度达到“渗滤阀值”时相互连接形成导电通路。 隧道导电理论 ----分子振动时，电子通过相邻导电粒子在电场作用下形成的隧道实现定向迁移。 复合导电高分子的特点2 正温度系数（PTC）效应 ----电阻率随温度的升高而增加。 可应用于自控温的电加热器件、限流器件和过热保护元件等。 温度敏感区：Tg~Tm Tm PTC效应与结晶熔点密切相关 导电填料浓度越大， 最大体积电阻率偏小； 达到PTC的温度一样。 HDPE LDPE 结晶度越高， 达到PTC的温度偏高 PTC 效应产生原因 热膨胀说 ----复合型导电高分子材料受热时，基体与填料的热膨胀率不同，通常前者大于后者，使导电通路遭到破坏，导致电阻率增加。 晶区破坏说 ----导电填料优先分布在聚合物的非晶区，受热时晶区被破坏，非晶区增加，导致导电填料相对浓度下降，而使电阻率升高。 复合导电高分子的特点3 ----压 敏效应：在外场压力作用下，复合材料由高阻态转变为低阻态； ----拉敏效应：在外场拉力作用下，由低阻态转变为高阻态。 目前具有两种效应的导电复合材料的基体多限于弹性体。 复合型导电高分子的应用 酚醛树脂—炭黑导电塑料，在电子工业中用作有机实芯电位器的导电轨和碳刷； 环氧树脂—银粉导电粘合剂，可用于集成电路、电子元件，PTC陶瓷发热元件等电子元件的粘结； 涤纶树脂与炭黑混合后纺丝得到的导电纤维，可用作工业防静电滤布和防电磁波服装。 导电涂料、导电橡胶等各类复合型导电高分子材料，都在各行各业发挥其重要作用。 三、电子型 导电高分子 常见电子导电聚合物 聚乙炔结构示意图 电子导电聚合物为什么能导电？ 载流子从哪里来？ 载流子能自由移动吗？ 聚乙炔结构示意图 电子型导电高分子结构特点 1、具有跨键移动能力的π价电子 2、具有非常大的共轭π电子体系 导电聚合物的导电率范围 虽然聚乙炔的分子中有一个可自由移动的π电子，但纯净的聚乙炔却是不导电的，即为绝缘体。 WHY？？？ 派尔斯(Peierls)过渡理论 然而，根据分子轨道理论，p轨道上未配对的单个电子倾向于组成电子对占据其中一个p轨道，而另一个p轨道则成为空轨道，使原有p电子形成的能带分裂成能级不同的价带和导带。 分子共轭体系中能级分裂示意图 要使材料导电，π电子必须具有越过禁带宽度的能量EG，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ΔE（电子活化能）必须大于EG。 提高共轭导电