导电高分子报告.doc

功能高分子设计论文 题目： 导电高分子材料简介 化学与材料工程 学院专业ore than 30 years ago, the research of conductive polymer have been started, and then scientists do much study to overcome the defects of conductive polymer materials itself.However, there is no scholar do systematical overview of conductive polymer materials.In this paper, some current researches are introduced, including conductive mechanism of conductive polymer materials and the practical application.It also points out the problems existing in current conductive polymer materials.We hope that the development of conductive polymer materials will be better. Keywords: Conductive polymer; polyacetylene; polyaniline; polypyrrole; polythiophene 1 前言 所谓导电高分子材料是指一类具有导电功能、电导率在10-6S/m以上的聚合物材料。它的发展经历了漫长而又曲折的过程。高分子材料在最开始的时候都被当作电绝缘材料来使用，直到1977年日本科学家白川英树(H. Shirakawa)和MacDiamid等人首次用AsF5或I2对聚乙炔薄膜掺杂后，意外地发现了掺杂处理的聚乙炔具有金属导电特性，从此，导电高分子开始蓬勃地发展起来。目前研究较多的导电高分子有聚乙炔(PA)、聚苯胺(Pan)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTi)、聚对苯(PPP)、聚苯基乙炔等[1]。 导电高分子具有金属特性和半导体特性，还具有高分子结构的可分子设计性、可加工性，是应用前景可观的优良材料。90 年代左右，人们又转而研究导电高分子材料在光电子器件、新型金属防腐材料等方面的应用。21 世纪，人们又发现了其在隐身材料、电磁屏蔽、雷达波吸收材料等方面的应用。近三十年，对于导电高分子的研究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、物理性能都已取得重要的研究进展[2]。 2 几种典型的导电高分子 高分子材料在很长一段时期都被用作电绝缘材料。随着不同应用领域的需要以及为进一步拓宽高分子材料的应用范围，一些高分子材料被赋予某种程度的导电性以致成为导电高分子材料。第一个高导电性的高分子材料是经碘掺杂处理的聚乙炔，其后又相继开发了聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚苯胺等导电高分子材料。 2.1 聚乙炔[3] 自从1977年发现用碘(I2)或五氟化砷(AsF5)掺杂的聚乙炔膜具有金属电导性以后，曾出现研究聚乙炔的热潮。 图2-1 聚乙炔分子结构式 如上图所示，聚乙炔具有单双键交替的共轭结构，π电子可在大的共轭基团上自如运动，通电后电子做定向运动形成电流，从而实现导电功能。 同时，其特殊的结构和优异的理化性能也使它在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件，以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术等领域有着广泛、诱人的应用前景。因此，导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点，并且正向实用化的方向发展。但其本身易氧化，因此规模化应用没有得到很好的解决，使导电聚合物的研究一度陷入低谷。 2.2 聚苯胺 聚苯胺，是高分子化合物的一种，有特殊的电学、光学性质，经掺杂后可具有导电性，由于其原料廉价易得，合成简单，具有较高的电导率，同时还有良好的环境稳定性，使其成为导电高分子研究的主流和热点。 2.2.1 聚苯胺材料的导电机理[4] 图2-2 聚苯胺分子结构式 聚苯胺的电活性源于分子链中的P电子共轭结构：随分子链中P电子体系的扩大，P成键态和P*反键态分别形成价带和导带，这种非定域的P电子共轭结构经掺杂可形成P型和N型导电态。不同于其他导电高分子在氧化剂作用下产生阳离子空位的掺杂机制，聚苯胺的掺杂过程中电子数目不发生改变，而是由掺杂的质子酸分解产生H+和对阴离子（如Cl-、硫酸根、磷酸根等）进入主链，与胺和亚胺基团中N原子结合形成极子和双极子离域到整个分子链的P键中，从而使聚苯胺呈现较高的导电性。这种独特的掺杂