聚乙炔的研究与制备.docVIP

. Word资料 聚乙炔的研究和制备 聚乙炔简介 20世纪70年代前期，日本化学家白川英树用一种新的方法合成了黑色聚乙炔薄膜。一次，他的学生看错了配方，误加入成千倍催化剂，结果令人大吃一惊，合成了漂亮的银色薄膜，这是全反式聚乙炔薄膜。而同样在另一温度，合成的薄膜是铜色的，这是顺式聚乙炔薄膜。而白川英树也因此获得了2000年诺贝尔化学奖。 自1974年聚乙炔被发现至今，导电高分子科学与技术已有了很大发展。由于聚乙炔掺杂后可以达到金属所具有的高电导性(～103S·cm-1 )，因此被称为“合成金属”，并成为人们竞相研究的导体材料。 聚乙炔是最简单的聚炔烃，有顺式聚乙炔和反式聚乙炔两种立体异构体。下面是它们的结构简式。线型高分子量聚乙炔是不溶不熔，对氧敏感的结晶性高分 子半导体，深色有金属光泽。顺式和反式聚乙炔的电导率分别为 10-9和10-5S·cm-1，如用碘、溴等卤素或BF3、AsF3等路易斯酸渗杂后，其电导率率可提高到金属水平（约103 S·cm-1），因此称为合成金属及高分子导体。用齐格勒-纳塔催化剂，如TiCl4、TiCl3或Ti（OR）4与AlR3（R为烷基）组合催化剂可使乙炔直接聚合成膜，此外也可用钒、钴、铁等化合物如VO（CH3COO）2与Al（C2H5）3 组成的催化剂体系聚合 ，聚合温度－78℃。用稀土催化剂（如环烷酸稀土和AlR3）时，则可在室温制得高顺式聚乙炔。 聚乙炔本身有微弱的导电性，和石墨导电原理相似，因为分子间形成了大π掺杂有两种情况： 1、掺入碘单质等，分子间形成了空穴，可以空穴导电，导电性初期随着掺杂浓度升高而升高，某比例达到峰值，然后开始下降。 2、掺入钠等活泼金属，分子间出现了多余的自由电子，可以导电，导电性随着掺杂浓度提高始终提高。这种掺杂有机物具有半导体的某些特性，被称为半导体有机物。 在聚乙炔中存在着巨大的离域大π键： …－Ｃ＝Ｃ－Ｃ＝Ｃ－Ｃ＝Ｃ－Ｃ＝Ｃ－… 就是说离域大π键上的电子是＂离域＂的，可以在整个键上＂自由移动＂。所以聚乙炔能导电． 通过深入研究聚乙炔的物理和化学特性，人们发现其在能源、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方面也有着广阔、诱人的应用前景。 首先，聚乙炔可以用来制作防静电材料。通常，塑料具有较高的电阻率， 有较高的电绝缘性被广泛用作绝缘材料，但塑料在生产、运输、使用过程中会产生静电，带来危害，积累在塑料表面的静电给成型加工带来困难，使产品易于吸尘；在炸药、煤矿、石油、化工、电子和纺织等行业可能因塑料静电而引起燃烧和爆炸事故。用导电塑料制成地板或地板革，把它铺在计算机房、集成电路工厂、火药厂、医院手术室、药厂净化室等，这样就可避免因静电所带来的危害。 第二，他可以作为屏蔽材料。随着科学技术的迅速发展，电子工业特别是电子计算机工业的发展很快。我们周围的电子产品几乎都是由大规模和超大规模集成电路制造而成的。这些电子产品所用的都是微电流，容易发生由于外界电磁波干扰而造成的错误动作、图像障碍等故障，对人体也有很大的危害。因此，电子仪器的外壳应有一定的电磁波屏蔽性。选用金属外壳可以达到电磁屏蔽的要求，但是太笨重。为了达到电子仪器设备外壳轻型化，大多采用塑料，然而塑料本身不具有电磁波屏蔽的功能。所以，代替金属的塑料无疑要具有导电性和电磁波屏蔽性。导电塑料作为屏蔽材料，它不仅能吸收电磁辐射而且还能起到抗腐蚀作用，能排除引起腐蚀的电荷。 第三，聚乙炔可以用来制作塑料电池。随着电子工业的迅速发展，电子仪器、通讯设备等对作为能源的电池的要求越来越高。用导电塑料制成的塑料电池就是以导电塑料作为电极材料制成的一类新型电池。这类电池质轻体小、储能容量大、能量密度高、安全可靠、自放电速度慢，可反复充电1000次，甚至几千次，使用寿命达5年，并且制造工艺简便，对环境无污染，长期使用免修理等优点，可取代镍镐电池，特别适用作计算机、摄像机的电源。 第四，可以用来制作电子设备。由于导电塑料具有异乎寻常的光性能， 因而可用来制成可擦写光盘，这种聚合物光盘具有生产成本低、制作方便、储存量大的优点。 第五，可以用来作为化学反应的催化剂。经过掺和的导电高分子材料具有氧化还原催化功能，因此导电高分子材料还在分析化学、催化和化学敏感器的制作方面得到了应用，将导电高分子材料固化到电极表面可以制成修饰电极，在电化学反应中可以作为电催化材料。 第六，可以用于电气工程。掺和导电塑料大量用作高压电缆的内外部半导层，用在汽车电缆的电缆芯，用来制作超高温电流的装置。例如保险丝元件并联开关装置；用于电子元件、电池、电机等的过载保护。辐射交联导电聚合物，还可以应用于中压电缆元件