导电高分子材料
主讲人—孔德坤
学号：2010214039
永久导电吸塑片材
吸塑导电海绵
吹塑导电包装
导电高分子的基本概念
物质按电学性能分类可分为绝缘体、半导体、导体和超导体四类。高分子材料通常属于绝缘体的范畴。但1977年美国科学家黑格(A.J.Heeger)、
麦克迪尔米德(A.G.MacDiarmid)和日本科学家
白川英树(H.Shirakawa)发现掺杂聚乙炔具有金
属导电特性以来，有机高分子不能作为导电材料的
概念被彻底改变。
导电高分子材料
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导电性聚乙炔的出现不仅打破了高分子仅为绝
缘体的传统观念，而且为低维固体电子学和分子电子学的建立打下基础，而具有重要的科学意义。上述三位科学家因此分享2000年诺贝尔化学奖。
黑格小传
麦克迪尔米德小传
白川英树小传
导电高分子材料
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导电材料
复合型
导电高分子
本征型载流子
导电高分子材料
金属、合金
自由电子
正负离子
氧化还原电子转移
黄
NANOR
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导电高分子的类型
按照材料的结构与组成，可将导电高分
子分成两大类。一类是结构型(本征型)导电高分子，另一类是复合型导电高分子。
导电高分子材料
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结构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。
根据载流子的不同，导电高分子的导电机理可分为三种：电子导电、离子导电和氧化还原导电三种
结构型导电高分子
有机聚合物成为导体的必要条件：有能使其内部某些电
子或空穴具有跨键离域移动能力的大共轭结构。
电子导电型聚合物的共同结构特征：分子内具有大的共
轭π电子体系，具有跨键移动能力的π价电子成为这一类导
电聚合物的唯一载流子。
已知的电子导电聚合物，除早期发现的聚乙炔，多为芳
香单环、多环、以及杂环的共聚或均聚物。
电子导电聚合物特征
出
1)物理化学掺杂：
n-掺杂：给电子的物质(如Na),又称还原掺杂
p-掺杂；接受电子的物质(如I?),又称氧化掺杂
2)电化学掺杂：
氧化反应：掺杂ClO?等阴离子，
还原反应；掺杂NR?+等阳离子
3)质子酸掺杂：质子化反应
4)其他物理掺杂：光等激发
电子导电聚合物的掺杂
掺杂的作用：在聚合物的空轨道中加入电子，或从占有轨道中拉出电子，进而改变现有π电子能带的能级，出现能量居中的半充满能带，减小能带间的能量差，使得自由电子或空穴移动的阻碍力减小因而导电能力大大提高。
掺杂、方法
掺杂方法
掺杂剂
电导值，S/cm
未掺杂型
顺式聚乙炔
反式聚乙炔
1.7×10-5
4.4×105
p-掺杂型(氧化型)
碘蒸汽掺杂[(CH?-07+)(I?-);,07]①
五氟化二砷蒸汽掺杂[(CH?1+)(A?F?-0.1]z
高氯酸蒸汽或液相掺杂{[CH(OH)o.c?70.12+(CIO?)c.12}x
电化学掺杂(CH1)(C1O?-)?.1],
5.5×102
1.2×1035×101
1×103
n-掺杂型(还原型)
蔡基鲤掺杂[Lit2(CH?.2一；2
蔡基钠掺杂[Na.2(CH?.2-)]
2×102
10～102
电子导电聚合物电导率影响因素
1)掺杂过程、掺杂剂及掺杂量
①CH为聚乙炔的结构单元。
2)温度：电在导电聚合物的电导率随着温度的
变化而变化：
金属材料的电导温度系数是负值，即温度越高，电
导率越低。
电子导电聚合物的温度系数是正的；即随着温度的
升高.电阻减小、电导率增加。
σ=0satexp[-T/T。]
式中osa、T。和γ分别为常数，具体数值取决于材树本身
的性质和掺杂的程度，γ取值一般在0.25～0.5之间。
随着共轭链长度的增加，π电子波函数的这种趋势越明
显，从而有利于自由电子沿着分子共轭链移动，导致聚合物的电导率增加。从图中可以看出，线性共轭导电聚合物的电导率随着其共轭链长度的增加而呈指数快速增加。因此，提高共轭链的长度是提高聚合物导电性能的重要手段之一.这一结论对所有类型的电子导电聚合物都适用。
3)分子中共轭链长度：
电在导电聚合物的电导率随着温度的变化而变化：
载流子：正、负离子
载流子正、负离子的体积比电子大的多，使其不能在固体的晶格间相对移动。
构成导电必须的两个条件：
1)具有独立存在的正、负离子，而不是离子对
2)离子可以自由移动
离子导电高分子材料
影响离子导电聚合物的导电能力的因素(
聚合物玻璃化温度：
聚合物溶剂化能力：
聚合物