+導(dǎo)電高分子材料ppt課件

1、第四章第四章 導(dǎo)電高分子導(dǎo)電高分子 思索題思索題: : 1.1.闡明導(dǎo)電高分子的類型及其導(dǎo)電機(jī)理闡明導(dǎo)電高分子的類型及其導(dǎo)電機(jī)理 2.2.闡明構(gòu)外型導(dǎo)電高分子的特性闡明構(gòu)外型導(dǎo)電高分子的特性 3.3.闡明構(gòu)外型導(dǎo)電高分子的運(yùn)用前景闡明構(gòu)外型導(dǎo)電高分子的運(yùn)用前景 v一、概述一、概述v二、種類二、種類v三、歷史三、歷史v四、導(dǎo)電機(jī)理四、導(dǎo)電機(jī)理v五、特性五、特性v六、運(yùn)用六、運(yùn)用v七、問(wèn)題與挑戰(zhàn)七、問(wèn)題與挑戰(zhàn)v八、典型的導(dǎo)電高分子八、典型的導(dǎo)電高分子一、導(dǎo)電高分子的概述一、導(dǎo)電高分子的概述 物質(zhì)按電學(xué)性能分類可分為絕緣體、半導(dǎo)體、物質(zhì)按電學(xué)性能分類可分為絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體和超導(dǎo)體四類。導(dǎo)體和超導(dǎo)

2、體四類。 導(dǎo)電高分子是指其本身或經(jīng)過(guò)導(dǎo)電高分子是指其本身或經(jīng)過(guò)“摻雜后具有導(dǎo)摻雜后具有導(dǎo)電性的一類高分子資料。電性的一類高分子資料。1. 資料導(dǎo)電性的表征資料導(dǎo)電性的表征 根據(jù)歐姆定律，當(dāng)對(duì)試樣兩端加上直流電根據(jù)歐姆定律，當(dāng)對(duì)試樣兩端加上直流電壓壓V時(shí)，假設(shè)流經(jīng)試樣的電流為時(shí)，假設(shè)流經(jīng)試樣的電流為I，那么試樣，那么試樣的電阻的電阻R為：為： 電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，用電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，用G表示：表示：IVR 41 VIG 42 電阻和電導(dǎo)的大小不僅與物質(zhì)的電性能有關(guān)，電阻和電導(dǎo)的大小不僅與物質(zhì)的電性能有關(guān)，還與試樣的面積還與試樣的面積S、厚度、厚度d有關(guān)。實(shí)驗(yàn)闡明，試有關(guān)。實(shí)驗(yàn)闡明，試樣的樣的

3、電阻與試樣的截面積成反比，與厚度成正比：電阻與試樣的截面積成反比，與厚度成正比： 同樣，對(duì)電導(dǎo)那么有：同樣，對(duì)電導(dǎo)那么有：SdR 43dSG 44 顯然，電阻率和電導(dǎo)率都不再與資料的尺寸顯然，電阻率和電導(dǎo)率都不再與資料的尺寸有有關(guān)，而只決議于它們的性質(zhì)，因此是物質(zhì)的本關(guān)，而只決議于它們的性質(zhì)，因此是物質(zhì)的本征參征參數(shù)，都可用來(lái)作為表征資料導(dǎo)電性的尺度。數(shù)，都可用來(lái)作為表征資料導(dǎo)電性的尺度。 在討論資料的導(dǎo)電性時(shí)，更習(xí)慣采用電導(dǎo)率在討論資料的導(dǎo)電性時(shí)，更習(xí)慣采用電導(dǎo)率來(lái)表示。來(lái)表示。 資料的導(dǎo)電性是由于物質(zhì)內(nèi)部存在的帶電資料的導(dǎo)電性是由于物質(zhì)內(nèi)部存在的帶電粒子的挪動(dòng)引起的。這些帶電粒子可以是正、

4、粒子的挪動(dòng)引起的。這些帶電粒子可以是正、負(fù)離子，也可以是電子或空穴，統(tǒng)稱為載流子。負(fù)離子，也可以是電子或空穴，統(tǒng)稱為載流子。載流子在外加電場(chǎng)作用下沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，就載流子在外加電場(chǎng)作用下沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，就構(gòu)成電流。構(gòu)成電流。 資料導(dǎo)電性的好壞，與物質(zhì)所含的載流子數(shù)資料導(dǎo)電性的好壞，與物質(zhì)所含的載流子數(shù)目及其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。目及其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。 假定在一截面積為假定在一截面積為S、長(zhǎng)為、長(zhǎng)為l的長(zhǎng)方體中，載流的長(zhǎng)方體中，載流子的濃度單位體積中載流子數(shù)目為子的濃度單位體積中載流子數(shù)目為N，每個(gè)載，每個(gè)載流子所帶的電荷量為流子所帶的電荷量為q。載流子在外加電場(chǎng)。載流子在外加電場(chǎng)E作用作用下，沿電場(chǎng)方向

5、運(yùn)動(dòng)速度遷移速度為下，沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)速度遷移速度為，那么，那么單單位時(shí)間流過(guò)長(zhǎng)方體的電流位時(shí)間流過(guò)長(zhǎng)方體的電流I為：為： SNqI 45 而載流子的遷移速度而載流子的遷移速度通常與外加電場(chǎng)強(qiáng)度通常與外加電場(chǎng)強(qiáng)度E成正比：成正比： 式中，比例常數(shù)式中，比例常數(shù)為載流子的遷移率，是單位為載流子的遷移率，是單位場(chǎng)強(qiáng)下載流子的遷移速度，單位為場(chǎng)強(qiáng)下載流子的遷移速度，單位為cm2V-1s-1。 可知可知Ev 46Nq 47 當(dāng)資料中存在當(dāng)資料中存在n種載流子時(shí)，電導(dǎo)率可表示為：種載流子時(shí)，電導(dǎo)率可表示為： 由此可見(jiàn)，載流子濃度和遷移率是表征資料導(dǎo)由此可見(jiàn)，載流子濃度和遷移率是表征資料導(dǎo)電性的微觀物理量。

6、電性的微觀物理量。niiiiqN1 48 根據(jù)資料的導(dǎo)電率大小，通?？煞譃榻^緣體，根據(jù)資料的導(dǎo)電率大小，通?？煞譃榻^緣體，半導(dǎo)體、導(dǎo)體和超導(dǎo)體四大類。半導(dǎo)體、導(dǎo)體和超導(dǎo)體四大類。 這是一種很粗略的劃分，并無(wú)非常確定的界限。這是一種很粗略的劃分，并無(wú)非常確定的界限。 表表41列出了這四大類資料的電導(dǎo)率及其典型列出了這四大類資料的電導(dǎo)率及其典型代表。代表。表表41 資料導(dǎo)電率范圍資料導(dǎo)電率范圍材料材料電導(dǎo)率電導(dǎo)率 /-1cm-1典典 型型 代代 表表絕緣體絕緣體10-10石英、聚乙烯、聚苯乙烯、石英、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯聚四氟乙烯半導(dǎo)體半導(dǎo)體10-10102硅、鍺、聚乙炔硅、鍺、聚乙炔導(dǎo)導(dǎo)

7、 體體102108汞、銀、銅、石墨汞、銀、銅、石墨超導(dǎo)體超導(dǎo)體108鈮鈮(9.2 K)、鈮鋁鍺合金、鈮鋁鍺合金(23.3K)、聚氮硫、聚氮硫(0.26 K)二、種類二、種類n1. 復(fù)合型：普通聚合物復(fù)合型：普通聚合物+導(dǎo)電粉末導(dǎo)電粉末n 如防靜電塑料袋、導(dǎo)電膠如防靜電塑料袋、導(dǎo)電膠n2. 本征型：依托分子構(gòu)造導(dǎo)電本征型：依托分子構(gòu)造導(dǎo)電n3. 超導(dǎo)高分子超導(dǎo)高分子三、導(dǎo)電高分子的歷史三、導(dǎo)電高分子的歷史n1862年年Lethebi聚苯胺聚苯胺n1973年，白川英樹(shù)、年，白川英樹(shù)、Hegger、 MacDiarmid摻雜聚乙炔摻雜聚乙炔電導(dǎo)率達(dá)電導(dǎo)率達(dá)102s/cmn1986年，年，Elsenb

8、aumer R.L.等人等人得到了可溶性聚噻吩得到了可溶性聚噻吩 CHCHn 1974年日本筑波大學(xué)H.Shirakawa在合成聚乙炔的實(shí)驗(yàn)中，偶爾地投入過(guò)量1000倍的催化劑，合成出令人興奮的有銅色的順式聚乙炔薄膜與雪白色光澤的反式聚乙炔。 Ti(OC4H9)4Al(C2H5)3HCCH1000 倍催化劑108107 S/m103102 S/m導(dǎo)電高分子資料的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電高分子資料的發(fā)現(xiàn) 1975年，G. MacDiarmid 、 J.Heeger與H.Shirakawa協(xié)作進(jìn)展研討，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚乙炔曝露于碘蒸氣中進(jìn)展摻雜氧化反響(doping)后，其電導(dǎo)率令人吃驚地到達(dá)3000S/m。聚乙炔的

9、摻雜反響聚乙炔的摻雜反響 1980年，英國(guó)Durham大學(xué)的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。 1983年，加州理工學(xué)院的H.Grubbs以烷基鈦配合物為催化劑將環(huán)辛四烯轉(zhuǎn)換了聚乙炔，其導(dǎo)電率到達(dá)35000S/m，但是難以加工且不穩(wěn)定。 1987年，德國(guó)BASF科學(xué)家 N. Theophiou 對(duì)聚乙炔合成方法進(jìn)展了改良，得到的聚乙炔電導(dǎo)率與銅在同一數(shù)量級(jí)，到達(dá)107S/m。 后續(xù)研討進(jìn)展后續(xù)研討進(jìn)展名稱名稱結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)聚乙炔聚乙炔聚噻吩聚噻吩聚吡咯聚吡咯聚苯胺聚苯胺聚聚 苯苯S()nNH()n()NHn()n等等本征型：本征型：四 導(dǎo)電高分子資料的導(dǎo)電機(jī)理有機(jī)化合物中的有機(jī)化合物中的 鍵和鍵和

10、鍵鍵 在有機(jī)共軛分子中，鍵是定域鍵，構(gòu)成分子骨架；而垂直于分子平面的p軌道組合成離域鍵，一切電子在整個(gè)分子骨架內(nèi)運(yùn)動(dòng)。離域鍵的構(gòu)成，增大了電子活動(dòng)范圍，使體系能級(jí)降低、能級(jí)間隔變小，添加物質(zhì)的導(dǎo)電性能。導(dǎo)電高分子資料的共同特征交替的單鍵、雙鍵共軛構(gòu)造導(dǎo)電高分子資料的共同特征交替的單鍵、雙鍵共軛構(gòu)造 聚乙炔由長(zhǎng)鏈的碳分子以sp2鍵鏈接而成，每一個(gè)碳原子有一個(gè)價(jià)電子未配對(duì)，且在垂直于sp2面上構(gòu)成未配對(duì)鍵。其電子云相互接觸，會(huì)使得未配對(duì)電子很容易沿著長(zhǎng)鏈挪動(dòng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電才干。共軛體系的導(dǎo)電機(jī)理共軛體系的導(dǎo)電機(jī)理 共軛聚合物是指分子主鏈中碳共軛聚合物是指分子主鏈中碳碳單鍵和雙鍵碳單鍵和雙鍵交替陳列的聚

11、合物，典型代表是聚乙炔：交替陳列的聚合物，典型代表是聚乙炔：CH = CH 由于分子中雙鍵的由于分子中雙鍵的電子的非定域性，這類聚電子的非定域性，這類聚合物大都表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性。合物大都表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性。圖圖41 (CH)x的價(jià)電子軌道的價(jià)電子軌道 除了分子鏈長(zhǎng)度和除了分子鏈長(zhǎng)度和電子數(shù)影響外，共軛鏈的構(gòu)造也電子數(shù)影響外，共軛鏈的構(gòu)造也影響聚合物的導(dǎo)電性。影響聚合物的導(dǎo)電性。從構(gòu)造上看，共軛鏈可分為從構(gòu)造上看，共軛鏈可分為: “受阻共軛和受阻共軛和“無(wú)阻共軛兩類。無(wú)阻共軛兩類。 受阻共軛是指共軛鏈分子軌道上存在受阻共軛是指共軛鏈分子軌道上存在“缺陷。缺陷。無(wú)阻共軛是指共軛鏈分子軌道上不存在

12、無(wú)阻共軛是指共軛鏈分子軌道上不存在“缺陷，整個(gè)共軛缺陷，整個(gè)共軛鏈的鏈的電子離城不受響。電子離城不受響。RRRRRClCl聚烷基乙炔聚烷基乙炔10-1510-10-1cm-1脫氯化氫脫氯化氫PVC10-1210-9-1cm-1CHCHCHCH聚乙炔順式：10-7-1cm-1反式：10-3-1cm-1聚苯撐10-3-1cm-1聚并苯10-4-1cm-1NNNNN熱解聚丙烯腈10-1-1cm-1半導(dǎo)體到導(dǎo)體的實(shí)現(xiàn)途徑摻雜半導(dǎo)體到導(dǎo)體的實(shí)現(xiàn)途徑摻雜(doping) 在共軛有機(jī)分子中電子是無(wú)法沿主鏈挪動(dòng)的，而電子雖較易挪動(dòng)，但也相當(dāng)定域化，因此必需移去主鏈上部分電子(氧化)或注入數(shù)個(gè)電子(復(fù)原)，這些

13、空穴或額外電子可以在分子鏈上挪動(dòng)，使此高分子成為導(dǎo)電體。摻雜劑摻雜劑(1) 電子受體電子受體 鹵素：鹵素：Cl2，Br2，I2，ICl，ICI3，IBr，IF5 路易氏酸：路易氏酸：PF5，As，SbF5，BF3，BCI3，BBr3，SO3 質(zhì)子酸：質(zhì)子酸：HF，HCl，HNO3，H2SO4，HCIO4，F(xiàn)SO3H，ClSO3H， CFSO3H 過(guò)渡金屬鹵化物：過(guò)渡金屬鹵化物：TaF5，WFs，BiF5，TiCl4，ZrCl4，MoCl5，F(xiàn)eCl3 過(guò)渡金屬化合物：過(guò)渡金屬化合物：AgClO3，AgBF4，H2IrCl6，La(NO3)3，Ce(NO3)3 有機(jī)化合物；四氰基乙烯有機(jī)化合物；

14、四氰基乙烯TCNE，四氰代二次甲基苯醌，四氰代二次甲基苯醌TCNQ， 四氯對(duì)苯醌、二氯二氰代苯醌四氯對(duì)苯醌、二氯二氰代苯醌DDQ (2) (2) 電子給體電子給體 堿金屬：堿金屬：LiLi，NaNa，K K，RbRb，CsCs。 電化學(xué)摻雜劑：電化學(xué)摻雜劑：R4N+R4N+，R4P+R4P+R R CH3CH3，C6H5C6H5等。等。 假設(shè)用假設(shè)用PxPx表示共軛聚合物，表示共軛聚合物，P P表示共軛聚合物表示共軛聚合物的根本構(gòu)造單元如聚乙炔分子鏈中的的根本構(gòu)造單元如聚乙炔分子鏈中的CHCH，A A和和D D分別表示電子受體和電子給予體，那么摻雜可用分別表示電子受體和電子給予體，那么摻雜可用

15、下述電荷轉(zhuǎn)移反響式來(lái)表示：下述電荷轉(zhuǎn)移反響式來(lái)表示：導(dǎo)電高分子資料的摻雜途徑導(dǎo)電高分子資料的摻雜途徑氧化摻雜 (p-doping): CHn + 3x/2 I2 CHnx+ + x I3-復(fù)原摻雜 (n-doping): CHn + x Na CHnx- + x Na+ 添補(bǔ)后的聚合物構(gòu)成鹽類，產(chǎn)生電流的緣由并不是碘離子或鈉離子而是共軛雙鍵上的電子挪動(dòng)。摻雜導(dǎo)電高分子資料的導(dǎo)電機(jī)理?yè)诫s導(dǎo)電高分子資料的導(dǎo)電機(jī)理 碘分子從聚乙炔抽取一個(gè)電子構(gòu)成I3，聚乙炔分子構(gòu)成帶正電荷的自在基陽(yáng)離子，在外加電場(chǎng)作用下雙鍵上的電子可以非常容易地挪動(dòng)，結(jié)果使雙鍵可以勝利地延著分子挪動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電才干。高分子資料導(dǎo)電

16、才干的影響要素?fù)诫s率對(duì)導(dǎo)電高分子資料導(dǎo)電才干的影響摻雜率對(duì)導(dǎo)電高分子資料導(dǎo)電才干的影響 摻雜率小時(shí)，電導(dǎo)率隨著摻雜率的添加而迅速添加；當(dāng)?shù)竭_(dá)一定值后，隨摻雜率添加的變化電導(dǎo)率變化很小，此時(shí)為飽和摻雜率。1.00E-091.00E-071.00E-051.00E-031.00E-011.00E+011.00E+03020406080100120聚乙炔的共軛度（摻碘率3.5，室溫測(cè)試）電導(dǎo)率，S / m共軛鏈長(zhǎng)度對(duì)導(dǎo)電高分子資料導(dǎo)電才干的影響共軛鏈長(zhǎng)度對(duì)導(dǎo)電高分子資料導(dǎo)電才干的影響 電子運(yùn)動(dòng)的波函數(shù)在沿著分子鏈方向有較大的電子云密度，并且隨著共軛鏈長(zhǎng)度的添加，這種趨勢(shì)更加明顯，導(dǎo)致聚合物電導(dǎo)率的添

17、加。溫度對(duì)導(dǎo)電高分子資料導(dǎo)電才干的影響溫度對(duì)導(dǎo)電高分子資料導(dǎo)電才干的影響 對(duì)金屬晶體，溫度升高引起的晶格振動(dòng)妨礙其在晶體中的自在運(yùn)動(dòng)；而對(duì)于聚乙炔，溫度的升高有利于電子從分子熱振動(dòng)中獲得能量，抑制其能帶間隙，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電過(guò)程。1. 電導(dǎo)率范圍寬電導(dǎo)率范圍寬五、導(dǎo)電高分子的特性五、導(dǎo)電高分子的特性導(dǎo)電高分子不僅可以摻雜導(dǎo)電高分子不僅可以摻雜, ,而且而且還可以脫摻雜還可以脫摻雜, ,并且摻雜并且摻雜- -脫摻脫摻雜的過(guò)程完全可逆。雜的過(guò)程完全可逆。 2. 摻雜摻雜-脫摻雜過(guò)程可脫摻雜過(guò)程可逆逆3. 具有電致變色性具有電致變色性NN()NHN()NN()NHNH()H全氧 化態(tài)PNB+e-e中 間 氧

18、 化態(tài)EBn+e-e全還原態(tài)LEB+nn紫色藍(lán) 色淡黃 色綠色-0.2V0.8V0.5V+呼應(yīng)速度快呼應(yīng)速度快(10-13 sec)(10-13 sec)4.呼應(yīng)速度快呼應(yīng)速度快六、導(dǎo)電高分子的運(yùn)用六、導(dǎo)電高分子的運(yùn)用1.發(fā)光二極發(fā)光二極-半導(dǎo)體特性的運(yùn)用半導(dǎo)體特性的運(yùn)用 利用導(dǎo)電高分子與金屬線圈當(dāng)電極，半導(dǎo)體高分子在中間，當(dāng)兩電極接上電源時(shí)，半導(dǎo)體高分子將會(huì)開(kāi)場(chǎng)發(fā)光。比傳統(tǒng)的燈泡更節(jié)省能源而且產(chǎn)生較少的熱，詳細(xì)運(yùn)用包括平面電視機(jī)屏幕、交通訊息標(biāo)志等。高分子發(fā)光二極管具有顏色可調(diào)、可彎曲、大面積和低本錢(qián)等優(yōu)點(diǎn)。2.太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池-半導(dǎo)體特性的運(yùn)用半導(dǎo)體特性的運(yùn)用 導(dǎo)電高分子可制成太陽(yáng)電池

19、，構(gòu)造與發(fā)光二極管相近，但機(jī)制卻相反，它是將光能轉(zhuǎn)換成電能。 優(yōu)勢(shì)在于廉價(jià)的制備本錢(qián)，迅速的制備工藝，具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性 。v一個(gè)分子類似于一根導(dǎo)線。一個(gè)分子類似于一根導(dǎo)線。v可用于高靈敏度檢測(cè)、超大規(guī)模集成技術(shù)等?？捎糜诟哽`敏度檢測(cè)、超大規(guī)模集成技術(shù)等。v“模板聚合、分子束堆積等方法制備模板聚合、分子束堆積等方法制備“分子導(dǎo)分子導(dǎo)線或?qū)щ姼叻肿游⒐芫€或?qū)щ姼叻肿游⒐? (或納米管或納米管) ) 3.分子導(dǎo)線分子導(dǎo)線4.二次電池二次電池高分子摻雜態(tài)高分子摻雜態(tài)儲(chǔ)存電能、脫儲(chǔ)存電能、脫摻雜過(guò)程中釋摻雜過(guò)程中釋放電能放電能 全塑電池全塑電池輸出電壓輸出電壓3V3V、電池容量、電池容量3

20、mA.h3mA.h，復(fù)充放電上千次。，復(fù)充放電上千次。 5.生物傳感器生物傳感器-電化學(xué)摻雜電化學(xué)摻雜/去摻雜之可逆性的運(yùn)用去摻雜之可逆性的運(yùn)用葡萄糖傳感葡萄糖傳感器、尿素傳器、尿素傳感器、乳酸感器、乳酸傳感器、膽傳感器、膽固醇傳感器固醇傳感器6.氣體傳感器氣體傳感器導(dǎo)電高分子與大氣某些介質(zhì)作用導(dǎo)電高分子與大氣某些介質(zhì)作用-電電導(dǎo)率改動(dòng)導(dǎo)率改動(dòng), , 除去介質(zhì)除去介質(zhì)-恢復(fù)。摻雜恢復(fù)。摻雜/ /或脫摻雜過(guò)程。或脫摻雜過(guò)程?？捎米鬟x擇性高、靈敏度高和反復(fù)性好可用作選擇性高、靈敏度高和反復(fù)性好的氣體傳感器。的氣體傳感器。 導(dǎo)電性可以在絕緣體、半導(dǎo)體、金屬導(dǎo)導(dǎo)電性可以在絕緣體、半導(dǎo)體、金屬導(dǎo)體之間變

21、化體之間變化,不同的吸波性能不同的吸波性能密度小密度小輕輕加工性能加工性能薄薄穩(wěn)定性較好穩(wěn)定性較好高溫運(yùn)用高溫運(yùn)用 7.雷達(dá)隱身體料雷達(dá)隱身體料v摻雜摻雜/ /脫摻雜實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體脫摻雜實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體- -絕緣體之間的轉(zhuǎn)變，絕緣體之間的轉(zhuǎn)變，v且電位、且電位、PHPH、摻雜量等變化伴隨顏色變化，、摻雜量等變化伴隨顏色變化，v 可用于電顯示可用于電顯示8.電顯示資料電顯示資料導(dǎo)電高分子資料的優(yōu)越性導(dǎo)電高分子資料的優(yōu)越性 具有半導(dǎo)體及導(dǎo)體雙重特性，可低溫加工、可大面積具有半導(dǎo)體及導(dǎo)體雙重特性，可低溫加工、可大面積化、具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性等，所以制造本錢(qián)化、具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性等，所以制造本

22、錢(qián)低，組件特性優(yōu)越，對(duì)未來(lái)電子及信息工業(yè)將產(chǎn)生宏大影低，組件特性優(yōu)越，對(duì)未來(lái)電子及信息工業(yè)將產(chǎn)生宏大影響。響。 導(dǎo)電高分子資料面臨的挑戰(zhàn)導(dǎo)電高分子資料面臨的挑戰(zhàn) 綜合電性能與銅相比還有差距，實(shí)際上還沿用無(wú)機(jī)半導(dǎo)體實(shí)際；導(dǎo)電聚合物的自構(gòu)筑、自組裝分子器件的研討也存在很多問(wèn)題；加工性能和力學(xué)性能以及穩(wěn)定性上也需求改良。七、問(wèn)題與挑戰(zhàn)七、問(wèn)題與挑戰(zhàn) 八、典型的導(dǎo)電高分子八、典型的導(dǎo)電高分子 聚乙炔聚乙炔由乙炔在鈦酸正丁酯由乙炔在鈦酸正丁酯三乙基鋁三乙基鋁Ti(OC4H9)AlEt3為催化劑、甲苯為溶為催化劑、甲苯為溶液的體系中催化聚合而成；液的體系中催化聚合而成；當(dāng)催化劑濃度較高時(shí)，可制得固體聚乙炔

23、。當(dāng)催化劑濃度較高時(shí)，可制得固體聚乙炔。催化劑濃度較低時(shí)，可制得聚乙炔凝膠，這催化劑濃度較低時(shí)，可制得聚乙炔凝膠，這種凝膠可紡絲制成纖維。種凝膠可紡絲制成纖維。聚乙炔為平面構(gòu)造分子，有順式和反式兩種聚乙炔為平面構(gòu)造分子，有順式和反式兩種異構(gòu)體。在異構(gòu)體。在150左右加熱或用化學(xué)、電化左右加熱或用化學(xué)、電化學(xué)方法能將順式聚乙炔轉(zhuǎn)化成熱力學(xué)上更學(xué)方法能將順式聚乙炔轉(zhuǎn)化成熱力學(xué)上更穩(wěn)定的反式聚乙炔。穩(wěn)定的反式聚乙炔。順式聚乙炔順式聚乙炔反式聚乙炔反式聚乙炔= 10-3-1cm-1= 10-7-1cm-1表表42 摻雜的順式聚乙炔在室溫下的電導(dǎo)率摻雜的順式聚乙炔在室溫下的電導(dǎo)率摻雜劑摻雜劑摻雜劑摻雜劑

24、/CH（摩爾比）（摩爾比）（-1cm-1）I20.253.60104AsF50.285.60104AgClO40.0723.0102萘鈉萘鈉0.568.0103(NBu)4NClO40.129.70104圖圖46 電導(dǎo)率與摻雜劑量的關(guān)系電導(dǎo)率與摻雜劑量的關(guān)系 聚乙炔不能作為導(dǎo)電資料推行運(yùn)用的主要緣由聚乙炔不能作為導(dǎo)電資料推行運(yùn)用的主要緣由:假設(shè)將摻雜后的聚乙炔暴露在空氣中，其電導(dǎo)假設(shè)將摻雜后的聚乙炔暴露在空氣中，其電導(dǎo)率率隨時(shí)間的延伸而明顯下降。隨時(shí)間的延伸而明顯下降。聚乙炔是高度共軛的剛性聚合物，不溶不熔，聚乙炔是高度共軛的剛性聚合物，不溶不熔，加工非常困難，也是限制其運(yùn)用的加工非常困難，也

25、是限制其運(yùn)用的個(gè)要素。個(gè)要素。聚苯硫醚聚苯硫醚PPS 聚苯硫醚是近年來(lái)開(kāi)展較快的一種導(dǎo)電高分聚苯硫醚是近年來(lái)開(kāi)展較快的一種導(dǎo)電高分子，它的特殊性能引起人們的關(guān)注。子，它的特殊性能引起人們的關(guān)注。 聚苯硫醚是由二氯苯在聚苯硫醚是由二氯苯在N甲基吡咯烷酮中與甲基吡咯烷酮中與硫化鈉反響制得的。硫化鈉反響制得的。ClClnNa2SSn2nNaCln純真的聚苯硫醚是優(yōu)良的絕緣體，電導(dǎo)率僅為純真的聚苯硫醚是優(yōu)良的絕緣體，電導(dǎo)率僅為10-1510-16-1cm-1。經(jīng)經(jīng)AsF5摻雜后，電導(dǎo)率可高達(dá)摻雜后，電導(dǎo)率可高達(dá)2102-1cm-1。摻雜時(shí)分子鏈上相鄰的兩個(gè)苯環(huán)上的鄰位碳摻雜時(shí)分子鏈上相鄰的兩個(gè)苯環(huán)上的

26、鄰位碳碳原碳原子間發(fā)生了交聯(lián)反響，構(gòu)成了共軛構(gòu)造的聚苯并噻子間發(fā)生了交聯(lián)反響，構(gòu)成了共軛構(gòu)造的聚苯并噻吩。吩。SSSCHCH2CHCH2CHCH2CNCNCN高溫焦化CHCH2CHCH2CHCNCNCCCHCCHCCNCNC脫氫熱解聚丙烯腈熱解聚丙烯腈聚萘聚萘 石墨是一種導(dǎo)電性能良好的大共軛體系。石墨是一種導(dǎo)電性能良好的大共軛體系。 美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的卡普朗美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的卡普朗M. L.Kaplan等等人和日本的村上睦明等人分別用了人和日本的村上睦明等人分別用了3, 4, 9, 10二萘嵌苯四酸二酐二萘嵌苯四酸二酐PTCDA進(jìn)展高溫聚合，進(jìn)展高溫聚合，制得了有類似石墨構(gòu)造的聚萘，具有優(yōu)良的導(dǎo)制得了有類似石墨構(gòu)造的聚萘，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性。電性。 聚萘的合成過(guò)程如以下圖所示：聚萘的合成過(guò)程如以下圖所示：CCOOO