《導(dǎo)電高分子》教學(xué)課件

《導(dǎo)電高分子》幻燈片本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請(qǐng)自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請(qǐng)自行刪除，謝謝！《導(dǎo)電高分子》幻燈片本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用NobelPrizeinChemistry2000“Forthediscoveryanddevelopmentofconductivepolymers”G.MacDiarmidH.ShirakawaJ.HeegerNobelPrizeinChemistry2000“引言

近幾年來(lái),導(dǎo)電性高分子的研究取得了長(zhǎng)足的開(kāi)展,形成了一個(gè)十分活潑的邊緣學(xué)科領(lǐng)域,它對(duì)電子工業(yè)、信息工業(yè)及新技術(shù)的開(kāi)展具有重大的意義?，F(xiàn)有的研究成果說(shuō)明,開(kāi)展導(dǎo)電高分子不僅可以滿(mǎn)足人們對(duì)導(dǎo)電材料的需要,而且由于它兼具有機(jī)高分子材料的性能及半導(dǎo)體和金屬的電性能,具有重量輕,易加工成各種復(fù)雜的形狀,化學(xué)穩(wěn)定性好及電阻率可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。此外在電子工業(yè)中的應(yīng)用日趨廣泛,促進(jìn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展。引言近幾年來(lái),導(dǎo)電性高分子的研究取得了長(zhǎng)足的開(kāi)展導(dǎo)電高分子一、導(dǎo)電高分子分類(lèi)二、導(dǎo)電高分子制備方法三、導(dǎo)電高分子導(dǎo)電機(jī)理四、導(dǎo)電高分子的應(yīng)用五、導(dǎo)電高分子聚苯胺簡(jiǎn)介導(dǎo)電高分子一、導(dǎo)電高分子分類(lèi)一、導(dǎo)電高分子分類(lèi)導(dǎo)電高分子材料可分為復(fù)合型和構(gòu)造型兩類(lèi)。一、導(dǎo)電高分子分類(lèi)導(dǎo)電高分子材料可分為復(fù)合型和構(gòu)造型兩類(lèi)。分類(lèi)復(fù)合型導(dǎo)電材料結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電材料高分子和導(dǎo)電劑的種類(lèi)根據(jù)不同的電阻率時(shí)的分類(lèi)離子型電子型知識(shí)結(jié)構(gòu)NEXT分類(lèi)復(fù)合型導(dǎo)電材料結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電材料高分子和導(dǎo)電劑的種類(lèi)根據(jù)不同1.復(fù)合型導(dǎo)電材料定義:由高分子和導(dǎo)電劑(導(dǎo)電填料)通過(guò)不同的復(fù)合工藝而構(gòu)成的材料。(1)高分子和導(dǎo)電劑的種類(lèi)A導(dǎo)電根本材料:(高分子)聚乙烯(PE)、乙丙共聚物、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯、聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、硅橡膠等B導(dǎo)電填料:(導(dǎo)電劑)碳如:炭黑、碳纖維、石墨金屬如:金屬粉、金屬薄片、金屬絲條、金屬纖維、金屬鍍玻璃纖維、金屬?lài)婂儾Ａ?、金屬?lài)婂儾Ａе榻饘傺趸锶?氧化鉛、氧化錫1.復(fù)合型導(dǎo)電材料(2)根據(jù)不同的電阻率又分為：

A半導(dǎo)體材料B防靜電除靜電材料C導(dǎo)電性材料D高導(dǎo)電性材料BACK(2)根據(jù)不同的電阻率又分為：BACK2.構(gòu)造型導(dǎo)電材料定義：構(gòu)造型導(dǎo)電高分子又稱(chēng)本征型導(dǎo)電高分子〔intrinsicallyconductingpolymer，簡(jiǎn)稱(chēng)ICP〕，是指高分子材料本身或經(jīng)過(guò)少量摻雜處理而具有導(dǎo)電性能的材料，其電導(dǎo)率可達(dá)半導(dǎo)體甚至金屬導(dǎo)體的范圍〔10－9～105S/cm〕。從導(dǎo)電時(shí)載流子的種類(lèi)來(lái)看，構(gòu)造型導(dǎo)電高分子主要分為：〔１〕離子型：離子型導(dǎo)電高分子通常又叫高分子固體電解質(zhì)〔solidpolymerelectrolytes，簡(jiǎn)稱(chēng)SPE〕，它們導(dǎo)電時(shí)的載流子主要是離子，例如：聚環(huán)氧乙烷、聚丁二酸乙二醇酯及聚乙二醇亞胺等?！玻病畴娮有停弘娮有蛯?dǎo)電高分子指的是以共軛高分子為構(gòu)造主體的導(dǎo)電高分子材料，導(dǎo)電時(shí)的載流子主要是電子〔或空穴〕。如:共軛聚合物乙炔、金屬螯合型聚合物聚酞菁銅及高分子電荷轉(zhuǎn)移合物、聚苯胺、聚對(duì)苯硫醚、聚吡咯、噻吩、聚哇啉等電子導(dǎo)電體。BACK2.構(gòu)造型導(dǎo)電材料BACK二、導(dǎo)電高分子制備方法二、導(dǎo)電高分子制備方法制備方法復(fù)合型導(dǎo)電高聚物結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物將親水性聚合物或結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子與基體高分子進(jìn)行共混

將各種導(dǎo)電填料填充到基體高分子中金屬纖維填充炭黑填充聚對(duì)苯撐（Polyparaphenylene,PPP）聚苯胺（Polyaniline,PANI）知識(shí)結(jié)構(gòu)NEXT制備方法復(fù)合型導(dǎo)電高聚物結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物將親水性聚合物或結(jié)構(gòu)

１.復(fù)合型導(dǎo)電高聚物及其制備方法

復(fù)合型導(dǎo)電高分子所采用的復(fù)合方法主要有兩種:一種是將親水性聚合物或結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子與基體高分子進(jìn)行共混,另一種則是將各種導(dǎo)電填料填充到基體高分子中。

１.復(fù)合型導(dǎo)電高聚物及其制備方法第一種:將結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料與基體高分子在一定條件下共混成型,可獲得具有多相結(jié)構(gòu)特征的復(fù)合型導(dǎo)電高分子。它的導(dǎo)電性能由導(dǎo)電高分子的“滲流途徑”決定,當(dāng)導(dǎo)電高分子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～3%時(shí),其體積電阻為107~109Ω·cm,可作抗靜電材料使用。研究表明,對(duì)于聚丙烯腈（PAN）/聚氯乙烯（PVC）或PAN/PA共混物,當(dāng)PAN質(zhì)量分?jǐn)?shù)由5%增加到15%時(shí),導(dǎo)電性突升,此后隨PAN質(zhì)量分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增加,導(dǎo)電性升幅變小。第一種:將結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料與基體高分子在一定條件下共混第二種:A.炭黑是天然的半導(dǎo)體材料,其體積電阻率為0.1~10.0Ω·cm。它不僅原料易得,導(dǎo)電性能持久穩(wěn)定,而且可以大幅度調(diào)整復(fù)合材料的電阻率(1~108Ω·cm)。由炭黑填充制成的復(fù)合型導(dǎo)電高分子是目前用途最廣、用量最大的一種導(dǎo)電高分子材料。炭黑填充型導(dǎo)電高分子材料中炭黑通常以粒子形式均勻分散于基體高分子中,隨著炭黑填充量的增加,粒子間距縮小,當(dāng)接近或呈接觸狀態(tài)時(shí),便形成大量導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通道,導(dǎo)電性能大大提高,繼續(xù)增加炭黑用量那么對(duì)導(dǎo)電性影響不明顯。炭黑的導(dǎo)電性能與其構(gòu)造、比外表積和外表化學(xué)性質(zhì)等因素有關(guān)。此外,成型工藝對(duì)炭黑填充高分子的導(dǎo)電性能也有影響。第二種:

B.金屬纖維的填充量對(duì)導(dǎo)電性能的影響規(guī)律與炭黑填充的情形相類(lèi)似。但由于纖維狀填料的接觸幾率更大,因此在填充量很少的情況下便可獲得較高的導(dǎo)電率。

金屬纖維的長(zhǎng)徑比對(duì)材料的導(dǎo)電性能影響較大,長(zhǎng)徑比越大導(dǎo)電性和屏蔽效果就越好。目前復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料中所采用的金屬纖維的長(zhǎng)徑比一般為50～60,相應(yīng)的填充的體積分?jǐn)?shù)為10%～15%,便可獲得良好的導(dǎo)電性、對(duì)氧的穩(wěn)定性和良好的耐熱性。BACKB.金屬纖維的填充量對(duì)導(dǎo)電性能的影響規(guī)律與炭黑填2．構(gòu)造型導(dǎo)電聚合物及其制備方法

構(gòu)造型導(dǎo)電聚合物一般用電子高度離域的共軛聚合物經(jīng)過(guò)適當(dāng)電子給體或受體進(jìn)展摻雜后制得。

2．構(gòu)造型導(dǎo)電聚合物及其制備方法聚對(duì)苯撐〔Polyparaphenylene,PPP〕具有苯環(huán)的長(zhǎng)鏈構(gòu)造,有較高的電導(dǎo)性,良好的空氣穩(wěn)定性和耐熱性。通常PPP的合成工藝主要采用如下兩種方法:〔1〕化學(xué)縮合;〔2〕電化學(xué)聚合。最成功的PPP的聚合方法是Kovacic報(bào)道的利用CuCl2為氧化劑,AlCl3為催化劑進(jìn)展的縮合聚合反響?；瘜W(xué)聚合法得到的PPP粉狀物都不導(dǎo)電,如用CuCl2-AlCl3催化得到的PPP導(dǎo)電率接近10-12S/cm。假設(shè)用AsF5,AlCl3,FeCl3等電子受體或K,Li等電子給體對(duì)其進(jìn)展摻雜,那么電導(dǎo)率顯著提高。聚苯胺〔Polyaniline,PANI〕的導(dǎo)電性能優(yōu)良,原料價(jià)格低廉,是目前導(dǎo)電高聚物研究的新熱點(diǎn)。井新利等以TritonX-100為乳化劑、正己醇為助乳化劑,得到以苯胺鹽酸鹽為水相、正己烷為分散介質(zhì)的反向微乳液。進(jìn)一步以過(guò)硫酸銨為氧化劑,合成了導(dǎo)電高分子材料聚苯胺的納米粒子,對(duì)合成反響條件和產(chǎn)物的性能進(jìn)展研究發(fā)現(xiàn):聚苯胺粒子的直徑隨R〔水相質(zhì)量/乳化劑質(zhì)量〕提高而增加;鹽酸摻雜聚苯胺的電導(dǎo)率隨R的提高及氧化劑過(guò)硫酸銨與苯胺的摩爾比的提高而降低。BACK聚對(duì)苯撐〔Polyparaphenylene三、導(dǎo)電高分子導(dǎo)電機(jī)理

三、導(dǎo)電高分子導(dǎo)電機(jī)理導(dǎo)電機(jī)理復(fù)合型導(dǎo)電高聚物結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電回路如何形成回路形成后如何導(dǎo)電導(dǎo)電通道機(jī)理離子型導(dǎo)電高分子材料電子型導(dǎo)電高分子材料

知識(shí)結(jié)構(gòu)隧道效應(yīng)機(jī)理場(chǎng)致發(fā)射機(jī)理非晶區(qū)擴(kuò)散傳導(dǎo)離子導(dǎo)電自由體積導(dǎo)電理論NEXT導(dǎo)電機(jī)理復(fù)合型導(dǎo)電高聚物結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電回路如何形成回路1.復(fù)合型導(dǎo)電高聚物導(dǎo)電機(jī)理

復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理比較復(fù)雜。一般可分為導(dǎo)電回路如何形成以及回路形成后如何導(dǎo)電兩個(gè)方面。1.復(fù)合型導(dǎo)電高聚物導(dǎo)電機(jī)理大量的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果說(shuō)明,復(fù)合體系中導(dǎo)電填料的含量增加到某一臨界含量時(shí),體系的電阻率急劇降低,電阻率——導(dǎo)電填料含量曲線上出現(xiàn)一個(gè)狹窄的突變區(qū)域,見(jiàn)圖1所示。在此區(qū)域中,導(dǎo)電填料含量的任何細(xì)微變化均會(huì)導(dǎo)致電阻率的顯著改變,這種現(xiàn)象通常稱(chēng)為“滲濾〞現(xiàn)象,在突變區(qū)域之后,體系電阻率隨導(dǎo)電填料含量的變化又恢復(fù)平緩。大量的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果說(shuō)明,復(fù)合體

Miyasaka等認(rèn)為高分子樹(shù)脂基體與導(dǎo)電填料之間的界面效應(yīng)對(duì)復(fù)合體系中導(dǎo)電回路的形成具有很大的影響。在復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的制備過(guò)程中,導(dǎo)電填料粒子的自由表面變成濕潤(rùn)的界面,形成聚合物—填料界面層,體系產(chǎn)生的界面能過(guò)剩,隨著導(dǎo)電填料含量的增加,聚合物—填料的過(guò)剩界面能不斷增大。當(dāng)體系過(guò)剩界面能達(dá)到一個(gè)與聚合物種類(lèi)無(wú)關(guān)的普適常數(shù)之后,導(dǎo)電粒子開(kāi)始形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),宏觀上表現(xiàn)為體系的電阻率突降。A導(dǎo)電回路的形成Miyasaka等認(rèn)為高分子樹(shù)脂基體與

復(fù)合型導(dǎo)電高分子形成導(dǎo)電回路后導(dǎo)電主要取決于分布于高分子樹(shù)脂基體中的導(dǎo)電填料的電子的傳輸。

B回路形成后的導(dǎo)電復(fù)合型導(dǎo)電高分子形成導(dǎo)電回路后導(dǎo)電主要通常導(dǎo)電填料參加聚合物基體中后,不可能真正到達(dá)均勻分布,因此總有局部導(dǎo)電粒子能夠互相接觸而形成鏈狀導(dǎo)電通道,使復(fù)合材料導(dǎo)電;而另一局部導(dǎo)電粒子那么以孤立粒子或小聚集體形式分布在絕緣的樹(shù)脂基體中,根本上不參與導(dǎo)電。但是,由于導(dǎo)電粒子之間存在著內(nèi)部電場(chǎng),如果這些孤立粒子或小聚集體之間距離很近,中間只被很薄的樹(shù)脂層隔開(kāi),那么由于熱振動(dòng)而被激活的電子就能越過(guò)樹(shù)脂界面層所形成的勢(shì)壘而躍遷到相鄰的導(dǎo)電粒子上,形成較大的隧道電流,這種現(xiàn)象在量子力學(xué)中被稱(chēng)為隧道效應(yīng);或者是導(dǎo)電粒子間的內(nèi)部電場(chǎng)很強(qiáng)時(shí),電子將有很大的幾率飛越樹(shù)脂界面層勢(shì)壘而躍遷到相鄰的導(dǎo)電粒子上產(chǎn)生場(chǎng)致發(fā)射電流。這時(shí)樹(shù)脂界面層起著相當(dāng)于內(nèi)局部布電容的作用。通常導(dǎo)電填料參加聚合物基體中后,不可

因此,對(duì)于復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料,存在著導(dǎo)電通道、隧道效應(yīng)、場(chǎng)致發(fā)射3種導(dǎo)電機(jī)理,復(fù)合型導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電性能是這3種導(dǎo)電機(jī)理作用的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果。在不同情況下出現(xiàn)以其中一種機(jī)理為主導(dǎo)的導(dǎo)電現(xiàn)象。BACK因此,對(duì)于復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料,存在著2.構(gòu)造型導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電機(jī)理物質(zhì)的導(dǎo)電過(guò)程是載流子在電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)的過(guò)程。高分子聚合物導(dǎo)電必須具備兩個(gè)條件:〔1〕要能產(chǎn)生足夠數(shù)量的載流子(電子、空穴或離子等);〔2〕大分子鏈內(nèi)和鏈間要能夠形成導(dǎo)電通道。2.構(gòu)造型導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電機(jī)理

A.離子型導(dǎo)電高分子材料①非晶區(qū)擴(kuò)散傳導(dǎo)離子導(dǎo)電無(wú)論是線型、分枝型還是網(wǎng)狀對(duì)于大多數(shù)聚合物來(lái)說(shuō)，完整的晶體構(gòu)造是不存在的，根本屬于非晶態(tài)或者半晶態(tài)。離子導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電方式主要屬于非晶區(qū)擴(kuò)散傳導(dǎo)離子導(dǎo)電，即非晶區(qū)傳輸過(guò)程。

②自由體積導(dǎo)電理論雖然在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)聚合物呈現(xiàn)某種程度的“液體〞性質(zhì)，但是聚合物分子的巨大體積和分子間力，使聚合物中的離子仍不能像在液體中一樣自由擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，聚合物本身呈現(xiàn)的僅僅是某種粘彈性，而不是液體的流動(dòng)性。例如：聚醚、聚酯等的大分子鏈呈螺旋體空間構(gòu)造,與其配位絡(luò)合的陽(yáng)離子在大分子鏈段運(yùn)動(dòng)作用下,就能夠在螺旋孔道內(nèi)通過(guò)空位遷移(“自由體積模型〞);或被大分子“溶劑化〞了的陰陽(yáng)離子同時(shí)在大分子鏈的空隙間躍遷擴(kuò)散(“動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散理論〞)。②自由體積導(dǎo)電理論B.電子型導(dǎo)電高分子材料作為主體的高分子聚合物大多為共軛體系〔至少是不飽和鍵體系〕,長(zhǎng)鏈中的π鍵電子較為活潑,特別是與摻雜劑形成電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物后,容易從軌道上逃逸出來(lái)形成自由電子。大分子鏈內(nèi)與鏈間π電子軌道重疊交蓋所形成的導(dǎo)電能帶為載流子的轉(zhuǎn)移和躍遷提供了通道。在外加能量和大分子鏈振動(dòng)的推動(dòng)下,便可傳導(dǎo)電流。BACKB.電子型導(dǎo)電高分子材料BACK參考文獻(xiàn)[1]寇建蘭,葉德勝．導(dǎo)電高分子材料．江西化工．2004年,第４期[2]付東升,張康助,張強(qiáng)．導(dǎo)電高分子材料研究進(jìn)展．現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用．2004年２月,第16卷,第１期[3]楊永芳,劉敏江．導(dǎo)電高分子材料研究進(jìn)展．工程塑料應(yīng)用．2002,第30卷,第7期[4]喬永生,沈臘珍．有機(jī)導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)制．2005年4月參考文獻(xiàn)[1]寇建蘭,葉德勝．導(dǎo)電高分子材料．江西化工．2四、導(dǎo)電高分子的應(yīng)用1.作為顯示材料2.作為電極材料3.作為電磁屏蔽材料4.在納米材料中的應(yīng)用5.作為隱身材料6.在其他方面的應(yīng)用四、導(dǎo)電高分子的應(yīng)用1.作為顯示材料五、導(dǎo)電高分子聚苯胺簡(jiǎn)介五、導(dǎo)電高分子聚苯胺簡(jiǎn)介《導(dǎo)電高分子》幻燈片本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請(qǐng)自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請(qǐng)自行刪除，謝謝！《導(dǎo)電高分子》幻燈片本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用NobelPrizeinChemistry2000“Forthediscoveryanddevelopmentofconductivepolymers”G.MacDiarmidH.ShirakawaJ.HeegerNobelPrizeinChemistry2000“引言

近幾年來(lái),導(dǎo)電性高分子的研究取得了長(zhǎng)足的開(kāi)展,形成了一個(gè)十分活潑的邊緣學(xué)科領(lǐng)域,它對(duì)電子工業(yè)、信息工業(yè)及新技術(shù)的開(kāi)展具有重大的意義。現(xiàn)有的研究成果說(shuō)明,開(kāi)展導(dǎo)電高分子不僅可以滿(mǎn)足人們對(duì)導(dǎo)電材料的需要,而且由于它兼具有機(jī)高分子材料的性能及半導(dǎo)體和金屬的電性能,具有重量輕,易加工成各種復(fù)雜的形狀,化學(xué)穩(wěn)定性好及電阻率可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。此外在電子工業(yè)中的應(yīng)用日趨廣泛,促進(jìn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展。引言近幾年來(lái),導(dǎo)電性高分子的研究取得了長(zhǎng)足的開(kāi)展導(dǎo)電高分子一、導(dǎo)電高分子分類(lèi)二、導(dǎo)電高分子制備方法三、導(dǎo)電高分子導(dǎo)電機(jī)理四、導(dǎo)電高分子的應(yīng)用五、導(dǎo)電高分子聚苯胺簡(jiǎn)介導(dǎo)電高分子一、導(dǎo)電高分子分類(lèi)一、導(dǎo)電高分子分類(lèi)導(dǎo)電高分子材料可分為復(fù)合型和構(gòu)造型兩類(lèi)。一、導(dǎo)電高分子分類(lèi)導(dǎo)電高分子材料可分為復(fù)合型和構(gòu)造型兩類(lèi)。分類(lèi)復(fù)合型導(dǎo)電材料結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電材料高分子和導(dǎo)電劑的種類(lèi)根據(jù)不同的電阻率時(shí)的分類(lèi)離子型電子型知識(shí)結(jié)構(gòu)NEXT分類(lèi)復(fù)合型導(dǎo)電材料結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電材料高分子和導(dǎo)電劑的種類(lèi)根據(jù)不同1.復(fù)合型導(dǎo)電材料定義:由高分子和導(dǎo)電劑(導(dǎo)電填料)通過(guò)不同的復(fù)合工藝而構(gòu)成的材料。(1)高分子和導(dǎo)電劑的種類(lèi)A導(dǎo)電根本材料:(高分子)聚乙烯(PE)、乙丙共聚物、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯、聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、硅橡膠等B導(dǎo)電填料:(導(dǎo)電劑)碳如:炭黑、碳纖維、石墨金屬如:金屬粉、金屬薄片、金屬絲條、金屬纖維、金屬鍍玻璃纖維、金屬?lài)婂儾Ａ⒔饘賴(lài)婂儾Ａе榻饘傺趸锶?氧化鉛、氧化錫1.復(fù)合型導(dǎo)電材料(2)根據(jù)不同的電阻率又分為：

A半導(dǎo)體材料B防靜電除靜電材料C導(dǎo)電性材料D高導(dǎo)電性材料BACK(2)根據(jù)不同的電阻率又分為：BACK2.構(gòu)造型導(dǎo)電材料定義：構(gòu)造型導(dǎo)電高分子又稱(chēng)本征型導(dǎo)電高分子〔intrinsicallyconductingpolymer，簡(jiǎn)稱(chēng)ICP〕，是指高分子材料本身或經(jīng)過(guò)少量摻雜處理而具有導(dǎo)電性能的材料，其電導(dǎo)率可達(dá)半導(dǎo)體甚至金屬導(dǎo)體的范圍〔10－9～105S/cm〕。從導(dǎo)電時(shí)載流子的種類(lèi)來(lái)看，構(gòu)造型導(dǎo)電高分子主要分為：〔１〕離子型：離子型導(dǎo)電高分子通常又叫高分子固體電解質(zhì)〔solidpolymerelectrolytes，簡(jiǎn)稱(chēng)SPE〕，它們導(dǎo)電時(shí)的載流子主要是離子，例如：聚環(huán)氧乙烷、聚丁二酸乙二醇酯及聚乙二醇亞胺等?！玻病畴娮有停弘娮有蛯?dǎo)電高分子指的是以共軛高分子為構(gòu)造主體的導(dǎo)電高分子材料，導(dǎo)電時(shí)的載流子主要是電子〔或空穴〕。如:共軛聚合物乙炔、金屬螯合型聚合物聚酞菁銅及高分子電荷轉(zhuǎn)移合物、聚苯胺、聚對(duì)苯硫醚、聚吡咯、噻吩、聚哇啉等電子導(dǎo)電體。BACK2.構(gòu)造型導(dǎo)電材料BACK二、導(dǎo)電高分子制備方法二、導(dǎo)電高分子制備方法制備方法復(fù)合型導(dǎo)電高聚物結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物將親水性聚合物或結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子與基體高分子進(jìn)行共混

將各種導(dǎo)電填料填充到基體高分子中金屬纖維填充炭黑填充聚對(duì)苯撐（Polyparaphenylene,PPP）聚苯胺（Polyaniline,PANI）知識(shí)結(jié)構(gòu)NEXT制備方法復(fù)合型導(dǎo)電高聚物結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物將親水性聚合物或結(jié)構(gòu)

１.復(fù)合型導(dǎo)電高聚物及其制備方法

復(fù)合型導(dǎo)電高分子所采用的復(fù)合方法主要有兩種:一種是將親水性聚合物或結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子與基體高分子進(jìn)行共混,另一種則是將各種導(dǎo)電填料填充到基體高分子中。

１.復(fù)合型導(dǎo)電高聚物及其制備方法第一種:將結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料與基體高分子在一定條件下共混成型,可獲得具有多相結(jié)構(gòu)特征的復(fù)合型導(dǎo)電高分子。它的導(dǎo)電性能由導(dǎo)電高分子的“滲流途徑”決定,當(dāng)導(dǎo)電高分子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～3%時(shí),其體積電阻為107~109Ω·cm,可作抗靜電材料使用。研究表明,對(duì)于聚丙烯腈（PAN）/聚氯乙烯（PVC）或PAN/PA共混物,當(dāng)PAN質(zhì)量分?jǐn)?shù)由5%增加到15%時(shí),導(dǎo)電性突升,此后隨PAN質(zhì)量分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增加,導(dǎo)電性升幅變小。第一種:將結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料與基體高分子在一定條件下共混第二種:A.炭黑是天然的半導(dǎo)體材料,其體積電阻率為0.1~10.0Ω·cm。它不僅原料易得,導(dǎo)電性能持久穩(wěn)定,而且可以大幅度調(diào)整復(fù)合材料的電阻率(1~108Ω·cm)。由炭黑填充制成的復(fù)合型導(dǎo)電高分子是目前用途最廣、用量最大的一種導(dǎo)電高分子材料。炭黑填充型導(dǎo)電高分子材料中炭黑通常以粒子形式均勻分散于基體高分子中,隨著炭黑填充量的增加,粒子間距縮小,當(dāng)接近或呈接觸狀態(tài)時(shí),便形成大量導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通道,導(dǎo)電性能大大提高,繼續(xù)增加炭黑用量那么對(duì)導(dǎo)電性影響不明顯。炭黑的導(dǎo)電性能與其構(gòu)造、比外表積和外表化學(xué)性質(zhì)等因素有關(guān)。此外,成型工藝對(duì)炭黑填充高分子的導(dǎo)電性能也有影響。第二種:

B.金屬纖維的填充量對(duì)導(dǎo)電性能的影響規(guī)律與炭黑填充的情形相類(lèi)似。但由于纖維狀填料的接觸幾率更大,因此在填充量很少的情況下便可獲得較高的導(dǎo)電率。

金屬纖維的長(zhǎng)徑比對(duì)材料的導(dǎo)電性能影響較大,長(zhǎng)徑比越大導(dǎo)電性和屏蔽效果就越好。目前復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料中所采用的金屬纖維的長(zhǎng)徑比一般為50～60,相應(yīng)的填充的體積分?jǐn)?shù)為10%～15%,便可獲得良好的導(dǎo)電性、對(duì)氧的穩(wěn)定性和良好的耐熱性。BACKB.金屬纖維的填充量對(duì)導(dǎo)電性能的影響規(guī)律與炭黑填2．構(gòu)造型導(dǎo)電聚合物及其制備方法

構(gòu)造型導(dǎo)電聚合物一般用電子高度離域的共軛聚合物經(jīng)過(guò)適當(dāng)電子給體或受體進(jìn)展摻雜后制得。

2．構(gòu)造型導(dǎo)電聚合物及其制備方法聚對(duì)苯撐〔Polyparaphenylene,PPP〕具有苯環(huán)的長(zhǎng)鏈構(gòu)造,有較高的電導(dǎo)性,良好的空氣穩(wěn)定性和耐熱性。通常PPP的合成工藝主要采用如下兩種方法:〔1〕化學(xué)縮合;〔2〕電化學(xué)聚合。最成功的PPP的聚合方法是Kovacic報(bào)道的利用CuCl2為氧化劑,AlCl3為催化劑進(jìn)展的縮合聚合反響。化學(xué)聚合法得到的PPP粉狀物都不導(dǎo)電,如用CuCl2-AlCl3催化得到的PPP導(dǎo)電率接近10-12S/cm。假設(shè)用AsF5,AlCl3,FeCl3等電子受體或K,Li等電子給體對(duì)其進(jìn)展摻雜,那么電導(dǎo)率顯著提高。聚苯胺〔Polyaniline,PANI〕的導(dǎo)電性能優(yōu)良,原料價(jià)格低廉,是目前導(dǎo)電高聚物研究的新熱點(diǎn)。井新利等以TritonX-100為乳化劑、正己醇為助乳化劑,得到以苯胺鹽酸鹽為水相、正己烷為分散介質(zhì)的反向微乳液。進(jìn)一步以過(guò)硫酸銨為氧化劑,合成了導(dǎo)電高分子材料聚苯胺的納米粒子,對(duì)合成反響條件和產(chǎn)物的性能進(jìn)展研究發(fā)現(xiàn):聚苯胺粒子的直徑隨R〔水相質(zhì)量/乳化劑質(zhì)量〕提高而增加;鹽酸摻雜聚苯胺的電導(dǎo)率隨R的提高及氧化劑過(guò)硫酸銨與苯胺的摩爾比的提高而降低。BACK聚對(duì)苯撐〔Polyparaphenylene三、導(dǎo)電高分子導(dǎo)電機(jī)理

三、導(dǎo)電高分子導(dǎo)電機(jī)理導(dǎo)電機(jī)理復(fù)合型導(dǎo)電高聚物結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電回路如何形成回路形成后如何導(dǎo)電導(dǎo)電通道機(jī)理離子型導(dǎo)電高分子材料電子型導(dǎo)電高分子材料

知識(shí)結(jié)構(gòu)隧道效應(yīng)機(jī)理場(chǎng)致發(fā)射機(jī)理非晶區(qū)擴(kuò)散傳導(dǎo)離子導(dǎo)電自由體積導(dǎo)電理論NEXT導(dǎo)電機(jī)理復(fù)合型導(dǎo)電高聚物結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電回路如何形成回路1.復(fù)合型導(dǎo)電高聚物導(dǎo)電機(jī)理

復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理比較復(fù)雜。一般可分為導(dǎo)電回路如何形成以及回路形成后如何導(dǎo)電兩個(gè)方面。1.復(fù)合型導(dǎo)電高聚物導(dǎo)電機(jī)理大量的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果說(shuō)明,復(fù)合體系中導(dǎo)電填料的含量增加到某一臨界含量時(shí),體系的電阻率急劇降低,電阻率——導(dǎo)電填料含量曲線上出現(xiàn)一個(gè)狹窄的突變區(qū)域,見(jiàn)圖1所示。在此區(qū)域中,導(dǎo)電填料含量的任何細(xì)微變化均會(huì)導(dǎo)致電阻率的顯著改變,這種現(xiàn)象通常稱(chēng)為“滲濾〞現(xiàn)象,在突變區(qū)域之后,體系電阻率隨導(dǎo)電填料含量的變化又恢復(fù)平緩。大量的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果說(shuō)明,復(fù)合體

Miyasaka等認(rèn)為高分子樹(shù)脂基體與導(dǎo)電填料之間的界面效應(yīng)對(duì)復(fù)合體系中導(dǎo)電回路的形成具有很大的影響。在復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的制備過(guò)程中,導(dǎo)電填料粒子的自由表面變成濕潤(rùn)的界面,形成聚合物—填料界面層,體系產(chǎn)生的界面能過(guò)剩,隨著導(dǎo)電填料含量的增加,聚合物—填料的過(guò)剩界面能不斷增大。當(dāng)體系過(guò)剩界面能達(dá)到一個(gè)與聚合物種類(lèi)無(wú)關(guān)的普適常數(shù)之后,導(dǎo)電粒子開(kāi)始形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),宏觀上表現(xiàn)為體系的電阻率突降。A導(dǎo)電回路的形成Miyasaka等認(rèn)為高分子樹(shù)脂基體與

復(fù)合型導(dǎo)電高分子形成導(dǎo)電回路后導(dǎo)電主要取決于分布于高分子樹(shù)脂基體中的導(dǎo)電填料的電子的傳輸。

B回路形成后的導(dǎo)電復(fù)合型導(dǎo)電高分子形成導(dǎo)電回路后導(dǎo)電主要通常導(dǎo)電填料參加聚合物基體中后,不可能真正到達(dá)均勻分布,因此總有局部導(dǎo)電粒子能夠互相接觸而形成鏈狀導(dǎo)電通道,使復(fù)合材料導(dǎo)電;而另一局部導(dǎo)電粒子那么以孤立粒子或小聚集體形式分布在絕緣的樹(shù)脂基體中,根本上不參與導(dǎo)電。但是,由于導(dǎo)電粒子之間存在著內(nèi)部電場(chǎng),如果這些孤立粒子或小聚集體之間距離很近,中間只被很薄的樹(shù)脂層隔開(kāi),那么由于熱振動(dòng)而被激活的電子就能越過(guò)樹(shù)脂界面層所形成的勢(shì)壘而躍遷到相鄰的導(dǎo)電粒子上,形成較大的隧道電流,這種現(xiàn)象在量子力學(xué)中被稱(chēng)為隧道效應(yīng);或者是導(dǎo)電粒子間的內(nèi)部電場(chǎng)很強(qiáng)時(shí),電子將有很大的幾率飛越樹(shù)脂界面層勢(shì)壘而躍遷到相鄰的導(dǎo)電粒子上產(chǎn)生場(chǎng)致發(fā)射電流。這時(shí)樹(shù)脂界面層起著相當(dāng)于內(nèi)局部布電容的作用。通常導(dǎo)電填料參加聚合物基體中后,不可

因此,對(duì)于復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料,存在著導(dǎo)電通道、隧道效應(yīng)、場(chǎng)致發(fā)射3種導(dǎo)電機(jī)理,復(fù)合型導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電性能是這3種導(dǎo)電機(jī)理作用的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果