導(dǎo)電聚合物電阻材料

1、2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物概述 導(dǎo)電聚合物也稱作導(dǎo)電高分子材料，具有明顯的聚合物特征。 自從發(fā)現(xiàn)摻雜后的聚乙炔具有明顯導(dǎo)電性質(zhì)，聚合物（高分子）不能作為導(dǎo)電介質(zhì)這一觀念被徹底改變了。目前，碘摻雜的聚乙炔的電導(dǎo)率接近室溫下銅的電導(dǎo)率。 導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)對(duì)有機(jī)聚合物基礎(chǔ)理論研究具有重要意義，而且其巨大的應(yīng)用價(jià)值使其成為了有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物概述 20世紀(jì)70年代，美國(guó)的A.J. Heeger 教授、A.G. MacDiarmid 教授和日本的白川英樹教授合作研究發(fā)現(xiàn)，聚乙炔薄膜經(jīng)AsF5摻雜后電導(dǎo)率提高9個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到103 S/cm。這一發(fā)

2、現(xiàn)打破了聚合物都是絕緣體的傳統(tǒng)觀念，開創(chuàng)了導(dǎo)電聚合物的研究領(lǐng)域。這三位教授因在導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展中做出的突出貢獻(xiàn)，共同獲得了2000年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。從左往右依次是A.G. MacDiarmid、白川英樹和A.J. Heeger 聚合物導(dǎo)電原理電子導(dǎo)電型聚合物 導(dǎo)電關(guān)鍵：大、共軛電子體系。 電子導(dǎo)電型聚合物分子內(nèi)具有大的共軛電子體系，載流子是具有 跨鍵移動(dòng)能力的電子。 在聚合物中，電子主要以下列形式存在： 1. 內(nèi)層電子。內(nèi)層電子一般處于緊靠原子核的原子內(nèi)層，受到原子核的強(qiáng)力 束縛，一般不參與化學(xué)反應(yīng)，在正常電場(chǎng)作用下沒(méi)有移動(dòng)能力。 2. 電子。電子是成鍵電子，一般處在兩個(gè)成鍵原子中間。鍵

3、能較高，離域 性很小，被稱為定域電子。 3. 電子。電子是用p軌道電子參與成鍵的電子。當(dāng)電子孤立存在時(shí)，具有 有限離域性，電子可以在兩個(gè)原子核周圍運(yùn)行。隨著電子體系的 增大，離域性顯著增加。2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物聚合物導(dǎo)電原理l 雖然電子具有有限離域性，但是孤立的電子仍不能成為導(dǎo)電的自由電子l 當(dāng)聚合物中存在共軛結(jié)構(gòu)時(shí)，電子體系增大，電子的離域性增強(qiáng)，可移動(dòng) 范圍擴(kuò)大。l 共軛鍵：碳-碳單鍵和雙鍵沿分子鏈相間交替，形成線形或平面大共軛體 系。如聚乙炔共軛鍵：CH=CH 。l 聚合物成為導(dǎo)體的必要條件是應(yīng)有能使其內(nèi)部某些電子或空穴具有跨鍵離域 移動(dòng)能力的大共軛結(jié)構(gòu)。事實(shí)上，所有已知的電子導(dǎo)電

4、型聚合物的共同結(jié)構(gòu) 特征是分子內(nèi)具有大的共軛電子體系，具有跨鍵移動(dòng)能力的電子成為這類 聚合物的唯一載流子。l 電子的相對(duì)遷移是導(dǎo)電的基礎(chǔ)。電子如若要在共軛電子體系中自由移動(dòng)， 首先要克服滿帶與空帶之間的能級(jí)差。這一能級(jí)差的大小決定了共軛型聚合 物導(dǎo)電能力的高低。提高共軛型導(dǎo)電聚合物電導(dǎo)率的方法，主要是減少能帶 分裂造成的能級(jí)差，其主要手段是摻雜。通過(guò)摻雜在聚合物的空軌道中加入 電子，或從占有軌道中拉出電子，從而改變電子能帶的能級(jí)，減小能帶間 的能量勢(shì)壘，使自由電子或空穴更易遷移，從而提高導(dǎo)電能力。2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物聚合物導(dǎo)電原理離子導(dǎo)電型聚合物 其分子具有親水性，柔性好，在一定溫度下具

5、有類似液體的性質(zhì)，允許相對(duì)體積較大的離子在電場(chǎng)作用下在聚合物中遷移。氧化還原型導(dǎo)電聚合物 其聚合物骨架上具有可以進(jìn)行可逆氧化還原反應(yīng)的活性中心，導(dǎo)電是由于在可逆氧化還原反應(yīng)中電子在分子間的轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的。2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物電子導(dǎo)電型聚合物 常見的電子導(dǎo)電型聚合物有聚乙炔、聚苯、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚苯乙炔等。 2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物電子導(dǎo)電型聚合物聚乙炔分子式：(C2H2)n 結(jié)構(gòu)單元： CH = CH 聚乙炔為單雙鍵交替的共軛結(jié)構(gòu)。由于雙鍵不可扭轉(zhuǎn)，聚乙炔的每個(gè)結(jié)構(gòu)單元都有順式和反式兩種結(jié)構(gòu)，分別稱作順式聚乙炔和反式聚乙炔。順式聚乙炔反式聚乙炔2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物電子導(dǎo)電型

6、聚合物聚乙炔本征電導(dǎo)率： 順式聚乙炔 10-9 Scm-1 反式聚乙炔 10-5 Scm-1P型摻雜：碘、溴等N型摻雜：鈉、三氟化砷等摻雜電導(dǎo)率可提升至103 Scm-12.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物電子導(dǎo)電型聚合物聚乙炔各種摻雜聚乙炔的導(dǎo)電性摻雜方法未摻雜順式聚乙炔反式聚乙炔 10-910-5p-型摻雜(氧化型)碘蒸汽5.5 x 102五氧化二砷1.2 x103電化學(xué)摻雜103n-型摻雜(還原型)萘基鋰2 x 102萘基Na101102摻雜劑導(dǎo)電值(S/cm)2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物 存在問(wèn)題l 穩(wěn)定性差穩(wěn)定性差： 摻雜后的聚乙炔暴露在空氣中，電導(dǎo)率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而快速下降。這是聚乙炔尚實(shí)用性差

7、的主要原因之一。若在聚乙炔表面涂上一層聚對(duì)二甲苯，則電導(dǎo)率的降低可大大減小。l 難加工難加工：聚乙炔是高度共軛的剛性聚合物，加工十分困難，是限制其應(yīng)用 的個(gè)因素。電子導(dǎo)電型聚合物聚乙炔2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物電子導(dǎo)電型聚合物聚噻吩分子式：(C4H2S)n 結(jié)構(gòu)單元： 本征電導(dǎo)率： 10-9 Scm-1摻雜后電導(dǎo)率：10600 Scm-1 摻雜劑：I2、SO42-、FeCl3、Li+、BF4-等 2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物電子導(dǎo)電型聚合物聚噻吩 聚噻吩強(qiáng)度很高。在三氟化硼乙醚絡(luò)合物中電化學(xué)聚合得到的聚噻吩強(qiáng)度大于金屬鋁。 聚噻吩的能隙較小。但氧化摻雜電位較高，故其氧化態(tài)在空氣中很不穩(wěn)定，迅速被

8、還原為本征態(tài)。2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物電子導(dǎo)電型聚合物聚吡咯分子式：(C4H2NH)n 結(jié)構(gòu)單元： 本征電導(dǎo)率： 10-12 Scm-1摻雜后電導(dǎo)率：103 Scm-1摻雜劑：I2、SO42-、ClO4、Br-、BF4- 等 特點(diǎn)：l 空氣中穩(wěn)定性較好l 電導(dǎo)率較高、可逆的電化學(xué)氧化還原特性以及較強(qiáng)的電荷貯存能力，是 一種理想的聚合物二次電池的電極材料。 2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物的典型應(yīng)用鋰離子電池1. 鋰電池正極l 目前存在問(wèn)題：商用化的鋰電池正極大多 采用LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等無(wú)機(jī)鋰 鹽，礦物資源短缺、價(jià)格昂貴、有毒、容 量有限。l 導(dǎo)電聚合物正極材料優(yōu)

9、勢(shì)：能量密度更高、 質(zhì)量更輕、成本更低、更安全環(huán)保。l 主要聚合物正極材料：聚苯胺、聚吡咯和 聚噻吩等。突出優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)輕、柔性2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物的典型應(yīng)用鋰離子電池2. 聚合物電解質(zhì)l 聚合物鋰電池：以聚合物作為電解質(zhì)的鋰電池。l 優(yōu)勢(shì) ：與液體電解質(zhì)（LiPF6溶液等）鋰電池相比 聚合物鋰電池 能量密度高；循環(huán)壽命長(zhǎng)；可靠性高；電池自放電 低；不發(fā)生電解液泄漏；高低溫的放電量與壽命遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)鋰電池。 聚合物電解質(zhì)分為凝膠導(dǎo)電聚合物和全固態(tài)導(dǎo)電聚合物。其中凝膠導(dǎo)電 聚合物是在全固態(tài)導(dǎo)電聚合物中添加增塑劑制成。目前商用的聚合物鋰 電池采用的都是凝膠導(dǎo)電聚合物，主要分為PAN(聚丙

10、烯晴)基、 PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)基和PVdF(聚偏氟乙烯)基聚合物電解質(zhì)。主 要用于手機(jī)等移動(dòng)電子設(shè)備。全固態(tài)導(dǎo)電聚合物還未進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物的典型應(yīng)用 導(dǎo)電聚合物首先使人想到在電力輸送領(lǐng)域的應(yīng)用。理論上講，導(dǎo)電聚合物應(yīng)該成為金屬導(dǎo)電材料的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。但目前為止，已開發(fā)的導(dǎo)電聚合物在某些方面有難以克服的缺陷。 對(duì)于大多數(shù)導(dǎo)電聚合物來(lái)說(shuō)，電導(dǎo)率相對(duì)較低，化學(xué)穩(wěn)定性較差，在空氣中很快失去導(dǎo)電性能。 導(dǎo)電聚合物一般不溶（溶劑不能使其達(dá)到分子水平的分散而不破壞其化學(xué)結(jié)構(gòu)）和不熔（不能通過(guò)升溫使其轉(zhuǎn)化為液態(tài)而不破壞其化學(xué)結(jié)構(gòu)），因此其加工性較差。 電力輸送突出優(yōu)

11、點(diǎn)：質(zhì)輕2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物2.2 電阻材料一、電阻材料的內(nèi)涵及主要用途二、電阻材料的基本性質(zhì)三、典型電阻材料的性能特點(diǎn)四、電阻材料的典型應(yīng)用2.2 電阻材料電阻材料的內(nèi)涵及主要用途 電阻材料：用于制作電阻器的材料。普通電阻器、集成電路中的薄膜和厚 膜電阻器和電位器等所用的電阻體材料。 電阻器：在電子設(shè)備中的主要功能是調(diào)節(jié)和分配電能，在電路中常用作分 壓、調(diào)壓、分流以及濾波元件等。2.2 電阻材料電阻材料的基本性質(zhì) 導(dǎo)體的電阻值決定于導(dǎo)電材料的性質(zhì)和幾何尺寸，其電阻R=L/S，其中L為導(dǎo)體長(zhǎng)度（m），S為導(dǎo)體橫截面積（m2），為電阻率。電阻率在數(shù)值上等于長(zhǎng)1m、橫截面積為1m2的導(dǎo)體所具

12、有的電阻值，單位為m。 材料的電阻率是決定該材料是導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的主要依據(jù)。材料的電阻率與材料的種類和結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與環(huán)境條件有關(guān)，如溫度、壓力、濕度等。電阻率2.2 電阻材料電阻材料的基本性質(zhì)電阻與溫度的關(guān)系 所有材料的電阻率都是溫度的函數(shù)，除了熱敏電阻器和一些特殊要求的電阻器而外，作為電阻器和電位器的電阻材料總是希望電阻值隨溫度的變化越小越好。為了評(píng)定電阻器對(duì)溫度的穩(wěn)定性，常用電阻溫度系數(shù)來(lái)表示。l 電阻溫度系數(shù)：表示溫度每改變1時(shí)電阻值的相對(duì)變化量，可用下式表示： 式中，R為電阻溫度系數(shù)(1/)或(1/K)；R為電阻（）；T為環(huán)境溫度 （或K）。有時(shí)用平均電阻溫度系數(shù)Rj 表示，即

13、式中，R1和R2分別為溫度T1和T2時(shí)的電阻值。所謂平均電阻溫度系數(shù)是指 在一定溫度范圍內(nèi)，溫度改變1時(shí)，電阻值的平均相對(duì)變化量。dRdRR T21121()RjRRR TT2.2 電阻材料電阻材料的基本性質(zhì)l 純金屬電阻溫度系數(shù) 純金屬的電阻是自由電子與晶格的振動(dòng)相互碰撞引起散射而產(chǎn)生的，其電 阻率可以用下式表示：2M222=mmnqnq 其中，m為電子質(zhì)量，n為電子濃度，為電子的平均自由時(shí)間，為電子 的平均自由程，為電子的平均運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)溫度增加時(shí)，電子平均運(yùn)動(dòng) 速度增加，單位時(shí)間碰撞次數(shù)增多，電子平均自由時(shí)間減少，電子的平 均自由程縮短，因而電阻率增加。可用下式表示金屬電阻率與溫度的 關(guān)

14、系： 式中，A為常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度。純金屬的電阻率與溫度成正比，其電 阻溫度系數(shù)可表示為： 由式中看出，純金屬的電阻溫度系數(shù)為正值，而且隨著溫度的增加而下 降。在室溫附近，金屬的電阻溫度系數(shù)為3610-3/。MAT1RT2.2 電阻材料電阻材料的基本性質(zhì) 其中o為純金屬的電阻率，i為雜質(zhì)散射增加的電阻率。合金電阻率中， o與溫度有關(guān)，i與溫度無(wú)關(guān)，所以合金的電阻率與溫度的關(guān)系可用下式 表示： 式中，B是與雜質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。 合金材料的電阻溫度系數(shù)下可用下式表示： 由式可看出，合金的電阻溫度系數(shù)比純金屬小，一般要小12個(gè)量級(jí)。 oil 合金的電阻溫度系數(shù) 由于在純金屬中引入其他元素，破壞了原來(lái)晶

15、格的周期性排列， 使自由電子的散射幾率增加，電阻率高于相應(yīng)純金屬。其電阻率可以表 示為： ()A BT1RBT 鑒于以上情況，為了提高金屬和合金電阻材料的電阻率和降低電阻溫度系數(shù)，常采用如下一些措施：盡量采用合金、多元合金，有溫度系數(shù)補(bǔ)償雜質(zhì)的合金；把金屬和合金做成線材、薄膜、厚膜或箔狀；在金屬和合金粉狀材料中加入絕緣填充料，用有機(jī)或無(wú)機(jī)粘結(jié)劑制成合成型電阻材料；將金屬和合金氧化物或與其他非金屬材料組成化合物等。2.2 電阻材料電阻材料的基本性質(zhì)2.2 電阻材料典型電阻材料的性能特點(diǎn)Cu-Mn系合金 Cu-Mn系合金具有較小的電阻溫度系數(shù)，主要用作精密電阻元件。其中錳銅是最廣泛的使用的一種典型

16、電阻合金，其標(biāo)準(zhǔn)成分為：Cu86%、Mn12%和Ni12%。Ni-Cr系合金 Ni-Cr系電阻合金是在Ni-Cr電熱合金的基礎(chǔ)開發(fā)的一種高電阻、具有更寬的使用溫度、電阻溫度系數(shù)更小、耐熱性良好、耐腐蝕性更強(qiáng)和加工性更好的電阻材料。但焊接較為不易。其成分為Cr20%，Al3%，Mn1%，F(xiàn)e2.5%，其余為Ni。2.2 電阻材料典型電阻材料的性能特點(diǎn)Cu-Ni系合金 Cu-Ni系合金的電阻溫度曲線的直線性關(guān)系比錳銅更好，可以在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，其最高使用溫度可達(dá)400攝氏度，且耐蝕性和耐熱性均高于錳銅。其成為為Cu60%，Ni40%。Fe-Cr-Al系合金 Fe-Cr-Al系精密電阻合金可以

17、通過(guò)改變Al和Cr的成分使電阻溫度系數(shù)從正到負(fù)值之間變化，因此可制作出電阻溫度系數(shù)較小的精密電阻合金。但加工性能稍差，焊接性能不好。2.2 電阻材料電阻材料的典型應(yīng)用電阻器 用電阻材料制成的、有一定結(jié)構(gòu)形式、能在電路中起限制電流通過(guò)作用的二端電子元件。阻值不能改變的稱為固定電阻器，阻值可變的稱為電位器或可變電阻器。電阻器是電子電路中應(yīng)用數(shù)量最多的元件，在電路中主要用來(lái)調(diào)節(jié)和穩(wěn)定電流與電壓，可作為分流器和分壓器，也可作電路匹配負(fù)載。根據(jù)電路要求,還可用于放大電路的負(fù)反饋或正反饋、電壓-電流轉(zhuǎn)換、輸入過(guò)載時(shí)的電壓或電流保護(hù)元件，又可組成RC電路作為振蕩、濾波、旁路、微分、積分和時(shí)間常數(shù)元件等。2.

18、1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物概述 導(dǎo)電聚合物也稱作導(dǎo)電高分子材料，具有明顯的聚合物特征。 自從發(fā)現(xiàn)摻雜后的聚乙炔具有明顯導(dǎo)電性質(zhì)，聚合物（高分子）不能作為導(dǎo)電介質(zhì)這一觀念被徹底改變了。目前，碘摻雜的聚乙炔的電導(dǎo)率接近室溫下銅的電導(dǎo)率。 導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)對(duì)有機(jī)聚合物基礎(chǔ)理論研究具有重要意義，而且其巨大的應(yīng)用價(jià)值使其成為了有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物概述 20世紀(jì)70年代，美國(guó)的A.J. Heeger 教授、A.G. MacDiarmid 教授和日本的白川英樹教授合作研究發(fā)現(xiàn)，聚乙炔薄膜經(jīng)AsF5摻雜后電導(dǎo)率提高9個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到103 S/cm。這一發(fā)現(xiàn)打

19、破了聚合物都是絕緣體的傳統(tǒng)觀念，開創(chuàng)了導(dǎo)電聚合物的研究領(lǐng)域。這三位教授因在導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展中做出的突出貢獻(xiàn)，共同獲得了2000年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。從左往右依次是A.G. MacDiarmid、白川英樹和A.J. Heeger 聚合物導(dǎo)電原理電子導(dǎo)電型聚合物 導(dǎo)電關(guān)鍵：大、共軛電子體系。 電子導(dǎo)電型聚合物分子內(nèi)具有大的共軛電子體系，載流子是具有 跨鍵移動(dòng)能力的電子。 在聚合物中，電子以下面三種形式存在： 1. 內(nèi)層電子。內(nèi)層電子一般處于緊靠原子核的原子內(nèi)層，受到原子核的強(qiáng)力 束縛，一般不參與化學(xué)反應(yīng)，在正常電場(chǎng)作用下沒(méi)有移動(dòng)能力。 2. 電子。電子是成鍵電子，一般處在兩個(gè)成鍵原子中間。鍵能較

20、高，離域 性很小，被稱為定域電子。 3. 電子。電子是用p軌道電子參與成鍵的電子。當(dāng)電子孤立存在時(shí)，具有 有限離域性，電子可以在兩個(gè)原子核周圍運(yùn)行。隨著電子體系的 增大，離域性顯著增加。2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物聚合物導(dǎo)電原理l 雖然電子具有有限離域性，但是孤立的電子仍不能成為導(dǎo)電的自由電子l 當(dāng)聚合物中存在共軛結(jié)構(gòu)時(shí)，電子體系增大，電子的離域性增強(qiáng)，可移動(dòng) 范圍擴(kuò)大。l 聚合物成為導(dǎo)體的必要條件是應(yīng)有能使其內(nèi)部某些電子或空穴具有跨鍵離域 移動(dòng)能力的大共軛結(jié)構(gòu)。事實(shí)上，所有已知的電子導(dǎo)電型聚合物的共同結(jié)構(gòu) 特征是分子內(nèi)具有大的共軛電子體系，具有跨鍵移動(dòng)能力的電子成為這類 聚合物的唯一載流子。l

21、 電子的相對(duì)遷移是導(dǎo)電的基礎(chǔ)。電子如若要在共軛電子體系中自由移動(dòng)， 首先要克服滿帶與空帶之間的能級(jí)差。這一能級(jí)差的大小決定了共軛型聚合 物導(dǎo)電能力的高低。提高共軛型導(dǎo)電聚合物電導(dǎo)率的方法，主要是減少能帶 分裂造成的能級(jí)差，其主要手段是摻雜。通過(guò)摻雜在聚合物的空軌道中加入 電子，或從占有軌道中拉出電子，從而改變電子能帶的能級(jí)，減小能帶間 的能量勢(shì)壘，使自由電子或空穴更易遷移，從而提高導(dǎo)電能力。2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物聚合物導(dǎo)電原理離子導(dǎo)電型聚合物 其分子具有親水性，柔性好，在一定溫度下具有類似液體的性質(zhì)，允許相對(duì)體積較大的離子在電場(chǎng)作用下在聚合物中遷移。氧化還原型導(dǎo)電聚合物 其聚合物骨架上具有

22、可以進(jìn)行可逆氧化還原反應(yīng)的活性中心，導(dǎo)電是由于在可逆氧化還原反應(yīng)中電子在分子間的轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的。2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物電子導(dǎo)電型聚合物 常見的電子導(dǎo)電型聚合物有聚乙炔、聚苯、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚苯乙炔等。 2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物電子導(dǎo)電型聚合物聚乙炔分子式：(C2H2)n 結(jié)構(gòu)單元： CH = CH 聚乙炔為單雙鍵交替的共軛結(jié)構(gòu)。由于雙鍵不可扭轉(zhuǎn)，聚乙炔的每個(gè)結(jié)構(gòu)單元都有順式和反式兩種結(jié)構(gòu)，分別稱作順式聚乙炔和反式聚乙炔。順式聚乙炔反式聚乙炔2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物電子導(dǎo)電型聚合物聚乙炔本征電導(dǎo)率： 順式聚乙炔 10-9 Scm-1 反式聚乙炔 10-5 Scm-1P型摻雜：碘、溴

23、等N型摻雜：鈉、三氟化砷等摻雜電導(dǎo)率可提升至103 Scm-12.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物電子導(dǎo)電型聚合物聚乙炔各種摻雜聚乙炔的導(dǎo)電性摻雜方法未摻雜順式聚乙炔反式聚乙炔 10-910-5p-型摻雜(氧化型)碘蒸汽5.5 x 102五氧化二砷1.2 x103電化學(xué)摻雜103n-型摻雜(還原型)萘基鋰2 x 102萘基Na101102摻雜劑導(dǎo)電值(S/cm)2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物 存在問(wèn)題l 穩(wěn)定性差穩(wěn)定性差： 摻雜后的聚乙炔暴露在空氣中，電導(dǎo)率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而快速下降。這是聚乙炔不易作為實(shí)用導(dǎo)電材料的主要原因之一。若在聚乙炔表面涂上一層聚對(duì)二甲苯，則電導(dǎo)率的降低可大大減小。l 難加工難加工：聚乙

24、炔是高度共軛的剛性聚合物，加工十分困難，是限制其應(yīng)用 的個(gè)因素。電子導(dǎo)電型聚合物聚乙炔2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物電子導(dǎo)電型聚合物聚噻吩分子式：(C4H2S)n 結(jié)構(gòu)單元： 本征電導(dǎo)率： 10-9 Scm-1摻雜后電導(dǎo)率：10600 Scm-1 摻雜劑：I2、SO42-、FeCl3、Li+、BF4-等 2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物電子導(dǎo)電型聚合物聚噻吩 聚噻吩強(qiáng)度很高。在三氟化硼乙醚絡(luò)合物中電化學(xué)聚合得到的聚噻吩強(qiáng)度大于金屬鋁。 聚噻吩的能隙較小。但氧化摻雜電位較高，故其氧化態(tài)在空氣中很不穩(wěn)定，迅速被還原為本征態(tài)。2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物電子導(dǎo)電型聚合物聚吡咯分子式：(C4H2NH)n 結(jié)構(gòu)單元

25、： 本征電導(dǎo)率： 10-12 Scm-1摻雜后電導(dǎo)率：103 Scm-1摻雜劑：I2、SO42-、ClO4、Br-、BF4- 等 特點(diǎn)：l 空氣中穩(wěn)定性較好l 電導(dǎo)率較高、可逆的電化學(xué)氧化還原特性以及較強(qiáng)的電荷貯存能力，是 一種理想的聚合物二次電池的電極材料。 2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物的典型應(yīng)用鋰離子電池1. 鋰電池正極l 目前存在問(wèn)題：商用化的鋰電池正極大多 采用LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等無(wú)機(jī)鋰 鹽，礦物資源短缺、價(jià)格昂貴、有毒、容 量有限。l 導(dǎo)電聚合物正極材料優(yōu)勢(shì)：能量密度更高、 質(zhì)量更輕、成本更低、更安全環(huán)保。l 主要聚合物正極材料：聚苯胺、聚吡咯和 聚噻

26、吩等。突出優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)輕、柔性2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物的典型應(yīng)用鋰離子電池2. 聚合物電解質(zhì)l 聚合物鋰電池：以聚合物作為電解質(zhì)的鋰電池。l 優(yōu)勢(shì) ：與液體電解質(zhì)（LiPF6溶液等）鋰電池相比 聚合物鋰電池 能量密度高；循環(huán)壽命長(zhǎng)；可靠性高；電池自放電 低；不發(fā)生電解液泄漏；高低溫的放電量與壽命遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)鋰電池。 聚合物電解質(zhì)分為凝膠導(dǎo)電聚合物和全固態(tài)導(dǎo)電聚合物。其中凝膠導(dǎo)電 聚合物是在全固態(tài)導(dǎo)電聚合物中添加增塑劑制成。目前商用的聚合物鋰 電池采用的都是凝膠導(dǎo)電聚合物，主要分為PAN(聚丙烯晴)基、 PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)基和PVdF(聚偏氟乙烯)基聚合物電解質(zhì)。主 要用于手機(jī)等

27、移動(dòng)電子設(shè)備。全固態(tài)導(dǎo)電聚合物還未進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物的典型應(yīng)用 導(dǎo)電聚合物首先使人想到在電力輸送領(lǐng)域的應(yīng)用。理論上講，導(dǎo)電聚合物應(yīng)該成為金屬導(dǎo)電材料的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。但目前為止，已開發(fā)的導(dǎo)電聚合物在某些方面有難以克服的缺陷。 對(duì)于大多數(shù)導(dǎo)電聚合物來(lái)說(shuō)，電導(dǎo)率相對(duì)較低，化學(xué)穩(wěn)定性較差，在空氣中很快失去導(dǎo)電性能。 導(dǎo)電聚合物一般不溶（溶劑不能使其達(dá)到分子水平的分散而不破壞其化學(xué)結(jié)構(gòu)）和不熔（不能通過(guò)升溫使其轉(zhuǎn)化為液態(tài)而不破壞其化學(xué)結(jié)構(gòu)），因此其加工性較差。 電力輸送突出優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)輕2.1 導(dǎo)電材料導(dǎo)電聚合物2.2 電阻材料一、電阻材料的內(nèi)涵及主要用途二、電阻材料的基本性

28、質(zhì)三、典型電阻材料的性能特點(diǎn)四、電阻材料的典型應(yīng)用2.2 電阻材料電阻材料的內(nèi)涵及主要用途 電阻材料：用于制作電阻器的材料。普通電阻器、集成電路中的薄膜和厚 膜電阻器和電位器等所用的電阻體材料。 電阻器：在電子設(shè)備中的主要功能是調(diào)節(jié)和分配電能，在電路中常用作分 壓、調(diào)壓、分流以及濾波元件等。2.2 電阻材料電阻材料的基本性質(zhì) 導(dǎo)體的電阻值決定于導(dǎo)電材料的性質(zhì)和幾何尺寸，其電阻R=L/S，其中L為導(dǎo)體長(zhǎng)度（m），S為導(dǎo)體橫截面積（m2），為電阻率。電阻率在數(shù)值上等于長(zhǎng)1m、橫截面積為1m2的導(dǎo)體所具有的電阻值，單位為m。 材料的電阻率是決定該材料是導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的主要依據(jù)。材料的電阻率與材

29、料的種類和結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與環(huán)境條件有關(guān)，如溫度、壓力、溫度等。電阻率2.2 電阻材料電阻材料的基本性質(zhì)電阻與溫度的關(guān)系 所有材料的電阻率都是溫度的函數(shù)，除了熱敏電阻器和一些特殊要求的電阻器而外，作為電阻器和電位器的電阻材料總是希望電阻值隨溫度的變化越小越好。為了評(píng)定電阻器對(duì)溫度的穩(wěn)定性，常用電阻溫度系數(shù)來(lái)表示。l 電阻溫度系數(shù)：表示溫度每改變1時(shí)電阻值的相對(duì)變化量，可用下式表示： 式中，R為電阻溫度系數(shù)(1/)或(1/K)；R為電阻（）；T為環(huán)境溫度 （或K）。有時(shí)用平均電阻溫度系數(shù)Rj 表示，即 式中，R1和R2分別為溫度T1和T2時(shí)的電阻值。所謂平均電阻溫度系數(shù)是指 在一定溫度范圍內(nèi)，溫度改

30、變1時(shí)，電阻值的平均相對(duì)變化量。dRdRR T21121()RjRRR TT2.2 電阻材料電阻材料的基本性質(zhì)l 純金屬電阻溫度系數(shù) 純金屬的電阻是自由電子與晶格的振動(dòng)相互碰撞引起散射而產(chǎn)生的，其電 阻率可以用下式表示：2M222=mmnqnq 其中，m為電子質(zhì)量，n為電子濃度，為電子的平均自由時(shí)間，為電子 的平均自由程，為電子的平均運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)溫度增加時(shí)，電子平均運(yùn)動(dòng) 速度增加，單位時(shí)間碰撞次數(shù)增多，電子平均自由時(shí)間減少，電子的平 均自由程縮短，因而電阻率增加?？捎孟率奖硎窘饘匐娮杪逝c溫度的 關(guān)系： 式中，A為常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度。純金屬的電阻率與溫度成正比，其電 阻溫度系數(shù)可表示為： 由式中看出，純金屬的電阻溫度系數(shù)為正值，而且隨著溫度的增加而下 降。在室溫附近，金屬的電阻溫度系數(shù)為3610-3/。MAT1RT2.2 電阻材料電阻材料的基本性質(zhì) 其中o為純金屬的電阻率，i為雜質(zhì)散射增加的電阻率。合金電阻率中， o與溫度有關(guān)，i與溫度無(wú)關(guān)，所以合金的電阻率