功能高分子材料课件_第三章导电高分子汇报材料.ppt

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* 第三章 导电高分子材料 超导态有以下四个特征: (1)电阻值为零 (2)超导体内部磁场为零 (3)超导现象只有在临界温度以下才会出现 (4)超导现象存在临界磁场,磁场强度超越临 界值,则超导现象消失,见图3-25。 * 第三章 导电高分子材料 图3—25 超导态的临界磁场-温度曲线 * 第三章 导电高分子材料 超导现象和超导体的发现,引起了科学界的极大兴趣。超导现象对于电力工业的经济意义是不可估量的。大量消耗在电阻上的电能将被节约下来。事实上,超导现象的实用价值远不止电力工业。由于超导体的应用,高能物理、计算机通讯、核科学等领域都将发生巨大的变化。 * 第三章 导电高分子材料 但是,直到目前为止,已知的具有超导性质的 材料,其临界温度都相当低。例如金属汞的临界温 度Tc为 4.2K,铌锡合金的Tc为 18.1K,铌铝锗合金 的Tc为 23.2K。1975年发明的第一个无机高分子超 导体聚氮硫的Tc仅为 0.26 K。显然,在这样低的温 度下,超导体的利用是得不偿失的。因此,如何提 高材料的超导临界温度,成为科学家们十分关注的 课题之一。 * 第三章 导电高分子材料 4.1.2 超导理论 1957年,巴顿(Bardeen)、库柏(Cooper)和施里 费尔(Schrieffer)提出了著名的BCS超导理论。 根据麦克斯威(Maxwell)等人对同位素含量 不同的超导体的研究,发现它们的Tc与金属的平均 原子量M的平方根成反比。即质子质量影响超导 态。这表明,超导现象与晶格振动(声子phonon) 有关。 Tc∝1/M1/2 * 第三章 导电高分子材料 因此,BCS理论认为,物质超导态的本质是被 声子所诱发的电子间的相互作用,是以声子为 谋介而产生的引力克服库仑排斥力而形成电子对。 库柏对. * 第三章 导电高分子材料 研究发现,超导聚合物的主链应为高导电性的共轭双键结构,在主链上有规则地连接一些极易极化的短侧基。共轭主链上π电子可以从一个C-C键迁移到另一个C-C键上。类似于金属中的自由电子。 * 第三章 导电高分子材料 利特尔提出了一个超导聚合物的具体结构: 聚合物的主链为长的共轭双链体系,侧基为电子能在两个氮原子间移动而“摇晃”的菁类色素基团。侧基上由于电子的“摇晃”而引起的正电性,能与主链上的π电子发生库仑力作用而导致库柏对的形成,从而使聚合物成为超导体。如见图3-28所示。 利特尔估算了该聚合物的Tc,得出 Tc约为2200K。 * 第三章 导电高分子材料 图3—28 Little超导聚合物结构 * 第三章 导电高分子材料 对上述建立在电子激发基础上的Little模型提出 了不少异议。 一维涨落现象在有限温度下不可能产生电子的长程有序,因而不可能产生超导态; 晶格畸变使成为绝缘体对主链上电子之间的屏蔽作用估计过小; 所提出的聚合物应用的分子结构合成极为困难等等。 * 第三章 导电高分子材料 现实的问题是,尽管化学家采取了多种办法企 图按Little模型合成高温超导聚合物,但至今为止尚 未检测出超导性。 近年来,不少科学家提出了许多其他超导聚合 物的模型,各有所长,但也有不少缺陷。因此,在 超导聚合物的研究中,还有许多艰巨的工作要作。 * 第三章 导电高分子材料 《科技文摘报》报道: 美国朗讯科技公司贝尔实验室的科学家发现一 种有机聚合物在低温下表现出超导特性,这是人们 首次发现有机聚合物能够成为超导材料。 科学家报告说,他们利用有机聚合物聚3-己基 噻吩(P3HT)的溶液,制造出结构有规则的P3HT 薄膜,并用场效应晶体管往薄膜中注入电荷。结果 发现,在温度降到 2.35 K(-270.65 ℃)时,薄膜 表现出了超导特性。 * 第三章 导电高分子材料 尽管这一成果中超导材料的临界温度很低,但 这已经是相当重要的新进展。它意味着有机聚合物 材料导电性的可调整范围比人们原先认为的更宽, 不仅能用作绝缘体、导电体,还有希望在超导领域 一展身手。 在电参量作用下,因材料本身组成、构型、构象或超分子结构发生变化,而表现出特殊物理化学性质的高分子材料。 5 电活性聚合物 物理化学性质 导电性 材料电荷状态、分子取向 可见光吸收光谱变化 将电能转化成可见、紫外 瞬间极化储存电荷 改变调节电极性质 高分子导电材料 高分子驻极体料 高分子电致变色 高分子电致发光 高分子介电材料 高分子电极修饰 * 按照作用机理

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