离子导电聚合物.ppt

*高聚物离子电导的特点质量迁移、自由体积的显著影响（电导率在玻璃化温度区的转折现象、交联、结晶及压力效应等）、介电系数的显著影响以及环境因素（例如温度、湿度、辐射）的显著影响。*离子主要来自聚合反应中的残存催化剂，聚合物的改性剂及各类添加剂等低分子物质的离解、聚合物自身的老化、离解产物以及吸收的水分子等。01例如：聚氯乙烯常常含有阳离子（如H3O+，Na+，K+等）及阴离子（如Cl-，Br-，OH-）等.02*四、影响离子电导的因素主要讨论：01超分子结构02增塑作用03分子量04湿度的影响05*A超分子结构的影响添加标题超分子结构：一组高分子集合在本体或高浓度状态中时所具有的长程结构添加标题超分子结构及其结构之间的空隙内，因分子链的敛集密度低，将对高聚物电性能带来极大的影响。*聚合物结构发生改变时，超分子结构的尺寸以及在某些条件下它的类型都会变化。因此，在超分子之间的空间区域和敛集密度也将发生变化，这也就使离子的扩散系数和体积电导率发生变化。*某些结构特别是在超分子结构间的空间致密化会使离子迁移率降低，从而使电导率下降。结晶化、塑化以及聚合物由一个物理态转成另一种状态，必然伴随超分子组织、聚合物链的有序性和链的敛集密度变化，从而使扩散系数和离子的迁移率、电导率都相应变化。*拉伸定向拉伸定向时聚乙烯无定形区密度增加约5％，聚碳酸酯经“交联”后密度由1.162提高到1.292g/cm3。聚酯合成纤维，聚己二酰胺，氧化聚丙烯，聚偏二氯乙烯，聚三氟氯乙烯，经拉伸定向后的试样其电导率都有所降低，聚合物电导率降低与拉伸程度成正比，拉伸2～4次，可使体积电导率降低1～3个数量级。*不同立构体系变成更为规则的结构，敛集密度增加，电导率下降全同立构聚合物比无规立构的聚合物的电导率低，例如聚丙烯*结晶结晶可使聚合物链达到高度定向，使离子迁移率显著降低，使电导率显著下降例如，聚酯合成纤维结晶度提高20～40％，会使电导率降低1~4个数量级。有人发现体积电导率与结晶度X的关系式：式中γ与α是与材料性质有关的常数。第二章离子导电聚合物*一、分子的离解度二、离子导电机理三、离子迁移率四、影响离子电导的因素1.3高聚物的离子电导*一、分子的离解度01杂质离子（杂质分子离解）02离子的来源本征离子（带电的分子或基03团）04自身分子的离解*离子浓度的计算logo平衡常数K：分子离解方程式：n0为电介质中可离解分子的原始浓度；f为平衡时分子的离解度。k为玻尔兹曼常数；ε为电介质的介电常数；Ed为分子的离解能。*离子浓度的计算温度T增加，K指数式上升，T→∞，K→K0；介电常数ε增加，分子受极性产生的电场作用增强，容易离解，相当于离解能减少到，故K指数增加。当分子的离解能f很小时，，则电介质内平衡时的离子浓度为：*添加标题如：分子含有氢键的化合物的离子电导就是分子离解造成的添加标题离解能为0.7eV*可以将任何氢键体系中电离过程想象成质子转移：*质子与电子转移：*除了高聚物中的着色剂、稳定剂、催化剂与剩余物分子会产生电离，明显增加离子电导外，作为离子源的水分、高介电系数杂质、增塑剂或局部结构改性剂也会显著影响高聚物的导电性。也可以用类似机理解释聚烯烃氧化物的电导*二、离子导电机理离子电导与电子电导不同，因为离子的体积比电子大得多，不能在固体的晶格间自由移动，所以离子导电过程中，离子体积是影响导电能力的主要因素之一。*大多数离子导电介质之所以是液态的，是因为离子在液态中比较容易以扩散的方式移动。作为离子导体必须具备两个条件：具有可定向移动的离子；具有溶剂化能力。*离子传导机理非晶区扩散传导离子导电自由体积导电理论*（1）非晶区扩散传导离子导电离子导电聚合物的导电方式主要属于非晶区扩散传导离子导电，即非晶区传输过程。对于大多数聚合物来说，完整的晶体结构是不存在的，基本属于非晶态或者半晶态。*Tg以上：聚合物的物理性质发生显著变化，类似于高粘度的液体，有一定的流动性，聚合物中含有的小分子离子在电场作用下，在其内部作一定程度的定向扩散运动，从而具有导电性。且随着温度的提高，聚合物的流变性等性质愈显突出，离子导电能力也得到提高，但其机械强度有所下降。*Tg以下：聚合物主要呈固态晶体性质，处于冻结状态，离子不能在聚合物中作扩散运动，几乎没有导电能力。*虽然在玻璃化转变温度以上时聚合物呈现某种程度的“液体“性质，但是聚合物分子的巨大的体积和分子间力，使聚合物中的离子仍