chapter5功能高分子材料课件.ppt

5.2.3导电高分子掺杂 -通过氧化还原反应实现掺杂 （1）掺杂方法 一种是化学掺杂 即通过第二种不同氧化态的物质，使之与聚合物接触反应； 另一种电化学掺杂 即聚合物作为电极，掺杂剂作为电解质，在通电的条件下使聚合物链发生氧化还原反应而直接改变其荷电状态。 酸碱化学掺杂、光掺杂、电荷注入 ☆ n-掺杂 or p-掺杂？ 类比半导体掺杂 n-掺杂- 在掺杂反应作为电子的给予体： 常见的有碱金属：Li、Na、K等,电化学掺杂常用R4N+、 R4P+。 x聚合物+(xy)e- (聚合物y-) x (聚合物y-) x +xyM+ [My+](聚合物y-)]x p-掺杂- 在掺杂反应作为电子的接受体： 常见的有卤素：Cl2、I2等, 路易斯酸：PF5、AsF5等 x聚合物 (聚合物y+) x +(xy)e- (聚合物y+) x +xyA- [聚合物y+)Ay-]x 5.2.4 结构型导电高分子的导电粒子类型 孤子 极化子和双极化子 5.2.4导电高分子的用途 （1）导电高分子的特点 重量轻； 成型性好，用浇铸、模压等简单的方法可实 现纤维化、薄膜化等； 与合成和进行分子设计、材料设计等； 原料来源广等 5.2.4导电高分子的用途 （2）导电高分子的应用 电磁波屏蔽； 电子元件(二极管、晶体管，场效应晶体管等）； 微波吸收材料； 防腐涂料 隐身材料 ☆聚集状态对高分子材料功能的影响 聚集态结构对高分子材料的功能性也有极其重要的作用。同一种材料处于不同的聚集态结构时，其表现的功能性可能差别很大 举例：高分子液晶是一类强烈依赖聚集态结构的功能高分子材料。由对羧基苯甲酸(PHB)与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)共聚制得的PET/PHB共聚物在加热到300℃左右后快速冷却，可得到分子排列较规整的高分子液晶材料，具有十分优异的力学性能。而若将其加热到400℃以上再快速冷却，得到的是无定型的高分子材料，性能与普通的PBT材料差别并不十分明显。聚集态结构在此充分显示了它的作用。 各种材料的电导率比较 5.2 导电高分子材料 几种典型的导电高聚物 所谓导电高聚物是指具有共轭π-共扼体系、其本身或经化学或电化学掺杂后，具有导电性性能的一类高分子材料 ☆ 导电高分子 √高分子链 √与链非键合的阳离子或阴离子 5.2.1 导电高分子的电学性质特点 通过控制掺杂度，导电高分子的室温电导率可在绝缘体-半导体-导体范围变化，目前最高的室温电导率为105/cm，相当与铜的电导率，但质量仅为铜的1/12. 导电高分子可拉伸取向。沿拉伸方向的电导率随着电导率随拉伸度而增加，而垂直拉伸方向上的电导率基本不变，呈现强的电导各向异性。 尽管导电高分子的室温电导率可以达到金属态，但它的电导率-温度依赖性不呈现金属特性，而呈现半导体的特性。 导电高分子的载流子既不同与金属的自由电子，也不同于半导体的电子和空穴，二是用孤子、极化子、双极化子概念描述。 导电高分子的掺杂/脱掺杂完全可逆、掺杂伴随颜色变化等。 5.2.2 导电高分子的分类 1. 复合型导电高分子材料： 是以有机高分子材料为基体，加入一定数量的导电物质（如炭黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等）组合而成。 按结构和制备的的角度分类 复合型 结构型 特点： 兼有高分子材料的易加工性和金属的导电性。与金属相比，导电性复合材料具有加工型好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大，价格低等优点。 复合型的导电高分子的复合方法 将亲水性聚合物 或结构型导电高分子与基体高分子共混 将各种导电填料填充到基体高分子中 举例：聚丙烯腈(PAN)和聚氯乙烯(PVC)或PAN和PA共混，PAN质量分数5%-15%，导电性突升 举例：炭黑是天然的导电材料，炭黑填充的复合型高分子用途广。另外金属纤维等填充型高分子在低填充量的情况下能获得较高的导电率 复合型导电高分子的导电机理 复合型导电高分子的导电是由导电填料提供载流子来实现。原来孤立分散的填料微粒在体积分数达到某一临界含量后，就会形成连续的导电通路。这时离子处于两种状态: 一是离子间发生物理接触，电荷载流子可在连续的导体内流动； 二是离子间有就黏剂薄层存在，以致载流子本身的激活而导电。 因此材料成分特别是填料粒子的分散状态及其与高分子材料基质的相互作用决定了复合材料的导电性。只有填料粒子既能较好地分散，又能形成三维体网状结构或蜂窝状