聚合物电致发光材料.ppt

高分子电功能材料 导电高分子 第一部分 导电高分子 第一节 导电高分子概述 1.1 导电性质的宏观物理量 高分子的导电性能跨度很大，从绝缘性能最好的聚四氟乙烯（导电率与石英相当），到导电性能最好的聚乙炔（掺杂后导电率接近铜）。绝大多数高分子材料作为绝缘材料使用，少量作为导电材料，现在有部分高分子还可作为半导体使用。 材料的导电性由电阻率(r)和电导率(s)这两个物理量来表征,它们互为倒数。单位分别为：欧姆/厘米(W·cm)和西门子·厘米(S·cm-1)。 电阻率和电导率与材料的尺寸和形状无关，是物质的本征参数。 常见高分子材料与无机、金属材料的导电性能比较 不同材料的导电率范围 2000年Nobel化学奖得主的工作 很长一段时间，高分子电学性能的研究局限于绝缘性、压电和热电性质，也有利用高分子作为基质制备复合型导电材料的研究。 A.J. Heeger、A.G. MacDiarmid和H. Shirakawa发现掺杂聚乙炔具有导电特性以来，有机高分子不能作为导电材料的概念被彻底改变。 第一节 导电高分子概述 1.2 导电体的载流子 物质内部带电粒子在电场作用下定向移动而形成电流，材料因此具有导电性。这些带电粒子可以是电子或空穴，也可以是正、负离子，它们统称为载流子。 根据载流子的类型，导电材料可分为： 1.2.1 电子导电高分子和离子导电高分子 电子导电高分子 共轭高分子：如聚乙炔、聚噻吩和聚苯胺等； 氧化还原型：如某些氧化还原树脂； 离子导电高分子（又称固体电解质） 由柔性、溶剂化能力较强的聚合物和较易电离的锂盐构成，两者形成固体复合物。 1.2 导电体的载流子 1.2.2 载流子和电导率 载流子的定向移动形成电流，因此导电率与载流子的浓度和运动速度有关。 载流子的迁移率（m） 1.3 导电高分子的类型 1.3.1 按载流子划分 电子导电高分子和离子导电高分子 1.3.2 按照结构与组成划分 本征导电高分子和复合导电高分子 本征导电高分子 分子导电高分子（不同于金属晶体导电物质），导电性能与化学结构、聚集结构密切相关。 共轭高分子：p电子和空穴的定向移动；具有大的p共轭体系 氧化还原型：电子的定向转移；有可进行可逆氧化还原反应的活性基团； 离子导电高分子：离子的定向移动；可溶剂化柔性高分子、高迁移率的离子（Li+）; 1.3 导电高分子的类型 1.3.2 按照结构与组成划分 复合导电高分子（高分子作为基质，加入导电材料） 导电机制：导电材料构成导电通道 导电材料可为金属、碳材料和本征导电高分子 导电性能取决于导电材料的性质、尺寸和形状、化学稳定性 类型 按高分子：导电塑料、导电橡胶、导电涂料和导电粘合剂 按导电材料的分布：分散复合、层状复合、表面复合和梯度复合； 1.4 导电高分子的电学性质 在电场作用，高分子导电材料表现出不同的电学性质 电压与电流关系：符合欧姆定律的有本征导电高分子和复合型导电高分子；氧化还原型导电高分子仅在特定电压范围内才有导电性，不复合欧姆定律； 温度与电导关系 NTC导电材料（negative temperature coefficient）：电阻率随温度升高而降低；如本征导电高分子。 PTC导电材料（ positive temperature coefficient ）：电阻率随温度升高而升高；如复合型导电高分子和金属。 理想的低温加热材料和廉价的电路保护材料 电压和颜色关系（光吸收） 在特定电压作用下，高分子结构发生变化，导致光吸收波长的变化，称为电致变色（electrochromism）。 如线形共轭高分子 1.4 导电高分子的电学性质 电压和发光 材料在电场作用而发光称为电致发光（eletroluminecence） 共轭高分子具有该性质，发光的波长和发光效率与高分子的结构、发光器件构造和外界条件相关。 材料在光能作用下，形成电流（光-电转化） 所以，共轭高分子在发光器件、显示和光电池等方面有巨大的应用价值。 导电性能和掺杂状态 线形共轭高分子的本征态（中性态）是不导电的，同无机半导体一样，只有在进行氧化还原或酸掺杂、电化学掺杂后，导电率才有大幅度提升。 由此，可利用共轭高分子制备开关器件和传感器。 复合型导电高分子以绝缘高分子为基质，通过分散复合、层积复合、表面复合或梯度复合等方法掺入适量导电填料，具有导电能力的材料。导电填料需在高分子基质中形成导电通路，才能赋予材料足够的电导率。复合型导电高分子有导电塑料、导电橡胶、导电织物、导电涂料和导电粘合剂。 高分子基料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、丙烯酸酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、不