光电功能高分子(PPT200).ppt

同时具有聚合物特征和导电体性质（在其两端加上电压即有电流通过）的材料称导电高分子材料，包括结构型导电高分子和复合型导电高分子。前者是由具有共轭π键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。而后者复合型导电高分子是由导电填料（金属或碳粉末）与通用高分子材料共混复合而制成，俗称导电塑料。 4.1.2 结构型导电高分子 结构型（本征型）导电高分子本身具有“固有”的导电性，由聚合物结构提供导电载流子（包括电子、离子或空穴）。这类聚合物经掺杂后，电导率可大幅度提高，其中有些甚至可达到金属的导电水平。 根据导电载流子的不同，结构型导电高分子有 两种导电形式：电子导电和离子传导。对不同的高 分子，导电形式可能有所不同，但在许多情况下， 高分子的导电是由这两种导电形式共同引起的。如 测得尼龙－66在120℃以上的导电就是电子导电和 离子导电的共同结果。 但总的来说，结构型导电高分子的实际应用尚 不普遍，关键的技术问题在于大多数结构型导电高 分子在空气中不稳定，导电性随时间明显衰减。此 外，导电高分子的加工性往往不够好，也限制了它 们的应用。科学家们正企图通过改进掺杂剂品种和 掺杂技术，采用共聚或共混的方法，克服导电高分 子的不稳定性，改善其加工性。 因添加了电子受体或电子给体而提高电导率的方法称为“掺杂”。 电子受体或电子给体分别接受或给出一个电子 变成负离子A-或正离子D+，但共轭聚合物中每个链 节（P）却仅有y（y≤0.1）个电子发生了迁移。这 种部分电荷转移是共轭聚合物出现高导电性的极重 要因素。从图4—1、图4—2可见，当聚乙炔中掺杂 剂含量y从0增加到0.01时，其电导率增加了7个数量 级，电导活化能则急剧下降。 图4—1 聚乙炔电导率与 图 4—2 聚乙炔电导活化能 掺杂剂浓度的关系 与掺杂剂浓度的关系 聚乙炔虽有较典型的共轭结构，但电导率并不 高。但它们极易被掺杂，经掺杂的聚乙炔，电导率可大大提高。例如，顺式聚乙炔在碘蒸气中进行P型掺杂（部分氧化），可生成(CHIy)x (y＝0.2～0.3)，电导率可提高到102～104 Ω-1·cm-1，增加9～11个数量级, 可见掺杂效果之显著。 聚苯硫醚（PPS）是近年来发展较快的一种导 电高分子，它的特殊性能引起人们的关注。 聚苯硫醚是由二氯苯在N—甲基吡咯烷酮中与 硫化钠反应制得的。 4.1.3 复合型导电高分子 复合型导电高分子是在本身不具备导电性的 高分子材料中掺混入大量导电物质，如炭黑、金 属粉、箔等，通过分散复合、层积复合、表面复 合等方法构成的复合材料，其中以分散复合最为 常用。 与结构型导电高分子不同，在复合型导电高分 子中，高分子材料本身并不具备导电性，只充当了 粘合剂的角色。导电性是通过混合在其中的导电性 的物质如炭黑、金属粉末等获得的。由于它们制备 方便，有较强的实用性，因此在结构型导电高分子 尚有许多技术问题没有解决的今天，人们对它们有 着极大的兴趣。复合型导电高分子用作导电橡胶、 导电涂料、导电粘合剂、电磁波屏蔽材料和抗静电 材料，在许多领域发挥着重要的作用。 从原则上讲，任何高分子材料都可用作复合型 导电高分子的基质。在实际应用中，需根据使用要 求、制备工艺、材料性质和来源、价格等因素综合 考虑，选择合适的高分子材料。 目前用作复合型导电高分子基料的主要有聚乙 烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、环氧树 脂、丙烯酸酯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、聚氨 酯、聚酰亚胺、有机硅树脂等。此外，丁基橡胶、 丁苯橡胶、丁腈橡胶和天然橡胶也常用作导电橡胶 的基质。 常用的导电填料有金粉、银粉、铜粉、镍粉、 钯粉、钼粉、铝粉、钴粉、镀银二氧化硅粉、镀银 玻璃微珠、炭黑、石墨、碳化钨、碳化镍等。 银粉具有最好的导电性，故应用最广泛。炭黑虽导 电率不高，但其价格便宜，来源丰富，因此也广为 采用。根据使用要求和目的不同，导电填料还可制 成箔片状、纤维状和多孔状等多种形式。 导电填料对导电性能的影响 在导电填料浓度较低时，材料的电导率随浓度增加很少，而当导电填料浓度达到某一值时，电导率急剧上升，变化值可达10个数量级以上。超过这一临界值以后，电导率随浓度的变化又趋缓慢，见图4—4。 高导电性导电聚合物 高强度导电高分子 可溶性导电高分子 分子导电 自掺杂或不掺杂导电聚合物、复合型聚合物、光电磁多功能聚合物等