光电功能材料课程-2.ppt

　 允带又分为空带、满带、导带、价带。 空带（empty band）：不被电子占据的允带。 满带（filled band）：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。 导带（conduction band）：电子未占满的允带（有部分电子。） 价带（valence band）:被价电子占据的允带（低温下通常被价电子占满）。 图1-1 导电高分子 高分子是由大量一种或几种较简单结构单元组成的大型分子,其中每一结构单元都包含几个连结在一起的原子，整个高分子所含原子数目一般在几万以上，而且这些原子是通过共价键连接起来的。以高分子化合物为基础的材料以高分子化合物为基础的材料 。 导电高分子是指电导率在半导体和导体范围内的高分子材料，也是指其本身或经过“掺杂”后具有导电性的一类高分子材料。 导电高分子材料与金属相比，具有重量轻，易成型，电阻率可调节等诸多优点，早已引起人们的普遍关注，目前，复合型导电高分子材料已经在很多领域发挥重要作用。 导电高分子的发展 1862年Lethebi——聚苯胺 聚苯胺（Polyaniline）一种重要的导电聚合物。 聚苯胺的主链上含有交替的苯环和氮原子，是一种特殊的导电聚合物。 聚苯胺是导电高分子领域最具应用价值的品种，既具有金属的导电性和塑造的可加工性，同时还具备金属和塑料所欠缺的化学和电化学性能。可广泛应用于电子化学、船舶工业、石油化工、国防等诸多领域。较高的附加值、广阔的应用领域和巨大商机，使其成为目前国际竞相研发的热门材料之一。 导电高分子的发展 1977年白川英树和MacDiarmid——掺杂聚乙炔（电导率达104s/m（西门子/米） 1986年，Elsenbaumer R.L.等人得到了可溶性聚噻吩 导电高分子 按照导电原理导电高分子材料可以分为复合型和结构型两大类。 结构型导电高分子是指那些分子结构本身能提供载流子从而显示“固有”导电性的高分子材料。 复合型导电高分子是以绝缘聚合物为基体，与导电性物质（如炭黑，金属粉等）通过各种复合方法而制的的材料，它的导电性是靠混合在其中的导电性物质提供的。 结构型导电高分子 结构型高电子导电材料是高分子本身结构或经掺杂后，就可以导电的材料。 一般有五类聚合物具有导电性：共轭高聚物，高分子传荷复合物，离子自由基盐聚合物以及金属高聚物和非碳高聚物。 结构型导电高分子 （1）共轭高聚物 纯的共轭高聚物电导率并不高，最高不超过10-3s/m数量级，且大部分小于10-7s/m，处于绝缘体水平，只有经过掺杂的共轭高聚物的电导率才能达到半导体，甚至导体的水平。 实验表明，在聚乙炔等共轭高聚物中掺入I2，AsF5和碱金属等电子受体或给体后，其导电性提高了很多，有些甚至是具有导体的性质，这种因添加电子受体或电子给体提高电导率的方法称为掺杂。 目前对于线性共轭高聚物进行掺杂的方法有化学掺杂和物理掺杂两大类：前者包括气相掺杂，液相掺杂，电化学掺杂，光引发掺杂等，后者则有离子注入法等，无论哪一种方法其目的都是为了在聚合物的空轨道中加入电子或从占有轨道上拉出电子，以改变现有电子能带的能级，出现能量居中的半充满能带，减少能带间的能量差，使自由电子或空穴迁移时的阻碍减少。 掺杂剂可分为两大类，即电子受体或给体：电子受体有卤素，路易斯酸，质子酸，过渡金属卤化物，过渡金属化合物，有机化合物，电子给体主要为碱金属等。 目前掺杂共轭高聚物的种类很多，代表有聚苯乙炔，聚对苯，聚苯胺等。 复合型高分子导电材料 复合型高分子导电材料又叫导电高分子复合材料，它们是由高分子材料和各种导电物质以均匀分散复合，层叠复合或形成表面（界面）膜等方式制的。 按高分子基体可以分为导电橡胶，导电塑料，导电弹性体，导电涂料，导电粘结剂和导电膜等， 按照导电填料可以分为金属类填料高分子复合材料和非金属类填料高分子复合材料。 按照导电性能可以分为半导电性复合材料，防静电复合材料，导电复合材料和高导电复合材料。 理论上，任何高分子都可用作高分子基质，实际上常用的高分子基质为橡胶类，树脂类，乳液类 常用的导电填料包括金属和非金属两类，金属为银，铜，镍和铝的粉末，箔片，丝，调，中空小球和纤维等。也有在玻璃，陶瓷，塑料上镀有金属层构成的片，珠，纤维，中空球。非金属常用的有炭黑，石墨，石墨和碳纤维及金属氧化物。 导电高分子复合材料的导电机理归纳起来为如何形成导电通路和形成通路后如何导电P33 前者有Garland的导电填料形成接触网络理论和Miyasaka的热力学理论 后者可归纳为三种学说： （1）导电通道学说，认为电子通过链移动而导电 （2）隧道效应学说，认为除了粒子间接触外，电子也可在分散于基体中的导电粒子间隙中迁移而