chapter其他高分子材料

會(huì)計(jì)學(xué)1chapter其他高分子材料功能高分子材料高分子材料從20世紀(jì)70年代以來(lái)朝著高性能化、功能化、復(fù)合化的方向發(fā)展，一系列具有高度選擇性和催化性、相轉(zhuǎn)移性、光敏性、光致變色性、光導(dǎo)性、導(dǎo)電性、磁性、生物活性高分子和液晶高分子等各種功能高分子材料紛紛問(wèn)世。所謂功能高分子是指對(duì)物質(zhì)、能量和信息具有傳輸、轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存功能的特殊高分子。一般是帶有特殊功能基團(tuán)的高分子，又稱為精細(xì)高分子。按照功能高分子的功能或用途所屬的學(xué)科領(lǐng)域，可以將其分為物理功能高分子材料、化學(xué)功能高分子材料和生物功能高分子材料三大類。第1頁(yè)/共67頁(yè)功能高分子材料物理功能高分子是指那些對(duì)光、電、磁、熱、聲、力等物理作用敏感并能夠?qū)ζ溥M(jìn)行傳導(dǎo)、轉(zhuǎn)換或儲(chǔ)存的高分子材料。它包括光活性高分子、導(dǎo)電高分子、發(fā)光高分子、液晶高分子等?；瘜W(xué)功能高分子是指那些具有某種特殊化學(xué)功能和用途的高分子材料，它是一類最經(jīng)典、用途最廣的功能高分子材料。離子交換樹脂、吸附樹脂、高分子分離膜、反應(yīng)性高分子(或高分子試劑)和高分子催化劑是其重要種類。生物功能高分子是指具有特殊生物功能的高分子，包括高分子藥物、醫(yī)用高分子材料等。第2頁(yè)/共67頁(yè)材料導(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壓V時(shí)，若流經(jīng)試樣的電流為I，則試樣的電阻R為：

電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，用G表示：導(dǎo)電高分子（涉及到簡(jiǎn)單電學(xué)知識(shí)）

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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S、厚度d有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，試樣的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)則有：導(dǎo)電高分子（涉及到簡(jiǎn)單電學(xué)知識(shí)）第4頁(yè)/共67頁(yè)

上兩式中，ρ稱為電阻率，單位為Ω·cm，σ稱為電導(dǎo)率，單位為Ω-1·cm-1。

顯然，電阻率和電導(dǎo)率都不再與材料的尺寸有關(guān)，而只決定于它們的性質(zhì)，因此是物質(zhì)的本征參數(shù)，都可用來(lái)作為表征材料導(dǎo)電性的尺度。

在討論材料的導(dǎo)電性時(shí)，更習(xí)慣采用電導(dǎo)率來(lái)表示。導(dǎo)電高分子（涉及到簡(jiǎn)單電學(xué)知識(shí)）第5頁(yè)/共67頁(yè)

材料的導(dǎo)電性是由于物質(zhì)內(nèi)部存在的帶電粒子的移動(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。載流子在外加電場(chǎng)作用下沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，就形成電流?？梢?jiàn)，材料導(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)。導(dǎo)電高分子（涉及到簡(jiǎn)單電學(xué)知識(shí)）第6頁(yè)/共67頁(yè)

假定在一截面積為S、長(zhǎng)為l的長(zhǎng)方體中，載流子的濃度（單位體積中載流子數(shù)目）為N，每個(gè)載流子所帶的電荷量為q。載流子在外加電場(chǎng)E作用下，沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)速度（遷移速度）為ν，則單位時(shí)間流過(guò)長(zhǎng)方體的電流I為：

導(dǎo)電高分子（涉及到簡(jiǎn)單電學(xué)知識(shí)）第7頁(yè)/共67頁(yè)

而載流子的遷移速度ν通常與外加電場(chǎng)強(qiáng)度E成正比：式中，比例常數(shù)μ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（cm2·V-1·s-1）。導(dǎo)電高分子（涉及到簡(jiǎn)單電學(xué)知識(shí)）第8頁(yè)/共67頁(yè)

當(dāng)材料中存在n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材料導(dǎo)電性的微觀物理量。導(dǎo)電高分子（涉及到簡(jiǎn)單電學(xué)知識(shí)）第9頁(yè)/共67頁(yè)

材料的導(dǎo)電率是一個(gè)跨度很大的指標(biāo)。從最好的絕緣體到導(dǎo)電性非常好的超導(dǎo)體，導(dǎo)電率可相差40個(gè)數(shù)量級(jí)以上。根據(jù)材料的導(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。這是一種很粗略的劃分，并無(wú)十分確定的界線。在本章的討論中，將不區(qū)分高分子半導(dǎo)體和高分子導(dǎo)體，統(tǒng)一稱作導(dǎo)電高分子。表5—1列出了這四大類材料的電導(dǎo)率及其典型代表。導(dǎo)電高分子（涉及到簡(jiǎn)單電學(xué)知識(shí)）第10頁(yè)/共67頁(yè)表材料導(dǎo)電率范圍材料電導(dǎo)率/Ω-1·cm-1典型代表絕緣體＜10-10石英、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯半導(dǎo)體10-10～102硅、鍺、聚乙炔導(dǎo)體102～108汞、銀、銅、石墨超導(dǎo)體＞108鈮(9.2K)、鈮鋁鍺合金(23.3K)、聚氮硫(0.26K)導(dǎo)電高分子（涉及到簡(jiǎn)單電學(xué)知識(shí)）第11頁(yè)/共67頁(yè)導(dǎo)電高分子第12頁(yè)/共67頁(yè)導(dǎo)電高分子

導(dǎo)電高分子的基本概念

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。高分子材料通常屬于絕緣體的范疇。但1977年美國(guó)科學(xué)家黑格（A.J.Heeger）、麥克迪爾米德（A.G.MacDiarmid）和日本科學(xué)家白川英樹（H.Shirakawa）發(fā)現(xiàn)摻雜聚乙炔具有金屬導(dǎo)電特性以來(lái)，有機(jī)高分子不能作為導(dǎo)電材料的概念被徹底改變。第13頁(yè)/共67頁(yè)聚乙炔順式：σ＝10-9Ω-1·cm-1反式：σ＝10-5Ω-1·cm-1聚苯撐σ＝10-3Ω-1·cm-1聚并苯σ＝10-4Ω-1·cm-1熱解聚丙烯腈σ＝10-1Ω-1·cm-1導(dǎo)電高分子

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所謂導(dǎo)電高分子是由具有共軛π鍵的高分子經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)“摻雜”使其由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體的一類高分子材料。它完全不同于由金屬或碳粉末與高分子共混而制成的導(dǎo)電塑料。通常導(dǎo)電高分子的結(jié)構(gòu)特征是由有高分子鏈結(jié)構(gòu)和與鏈非鍵合的一價(jià)陰離子或陽(yáng)離子共同組成。即在導(dǎo)電高分子結(jié)構(gòu)中，除了具有高分子鏈外，還含有由“摻雜”而引入的一價(jià)對(duì)陰離子（p型摻雜）或?qū)﹃?yáng)離子（n型摻雜）。

導(dǎo)電高分子

第15頁(yè)/共67頁(yè)導(dǎo)電高分子第16頁(yè)/共67頁(yè)

導(dǎo)電高分子不僅具有由于摻雜而帶來(lái)的金屬特性（高電導(dǎo)率）和半導(dǎo)體（p和n型）特性之外，還具有高分子結(jié)構(gòu)的可分子設(shè)計(jì)性，可加工性和密度小等特點(diǎn)。為此，從廣義的角度來(lái)看，導(dǎo)電高分子可歸為功能高分子的范疇。導(dǎo)電高分子具有特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能使它在能源、光電子器件、信息、傳感器、分子導(dǎo)線和分子器件、電磁屏蔽、金屬防腐和隱身技術(shù)方面有著廣泛、誘人的應(yīng)用前景。

導(dǎo)電高分子

第17頁(yè)/共67頁(yè)導(dǎo)電高分子的類型

按照材料的結(jié)構(gòu)與組成，可將導(dǎo)電高分子分成兩大類。一類是結(jié)構(gòu)型（本征型）導(dǎo)電高分子，另一類是復(fù)合型導(dǎo)電高分子。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子

結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子本身具有“固有”的導(dǎo)電性，由聚合物結(jié)構(gòu)提供導(dǎo)電載流子（包括電子、離子或空穴）。這類聚合物經(jīng)摻雜后，電導(dǎo)率可大幅度提高，其中有些甚至可達(dá)到金屬的導(dǎo)電水平。導(dǎo)電高分子

第18頁(yè)/共67頁(yè)

迄今為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子研究得較為深入的品種有聚乙炔、聚對(duì)苯硫醚、聚對(duì)苯撐、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及TCNQ傳荷絡(luò)合聚合物等。其中以摻雜型聚乙炔具有最高的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率可達(dá)5×103～104Ω-1·cm-1（金屬銅的電導(dǎo)率為105Ω-1·cm-1）。導(dǎo)電高分子

第19頁(yè)/共67頁(yè)

目前，對(duì)結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電機(jī)理、聚合物結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性關(guān)系的理論研究十分活躍。應(yīng)用性研究也取得很大進(jìn)展，如用導(dǎo)電高分子制作的大功率聚合物蓄電池、高能量密度電容器、微波吸收材料、電致變色材料，都已獲得成功。導(dǎo)電高分子

第20頁(yè)/共67頁(yè)

但總的來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子的實(shí)際應(yīng)用尚不普遍，關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題在于大多數(shù)結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子在空氣中不穩(wěn)定，導(dǎo)電性隨時(shí)間明顯衰減。此外，導(dǎo)電高分子的加工性往往不夠好，也限制了它們的應(yīng)用?？茖W(xué)家們正企圖通過(guò)改進(jìn)摻雜劑品種和摻雜技術(shù)，采用共聚或共混的方法，克服導(dǎo)電高分子的不穩(wěn)定性，改善其加工性。導(dǎo)電高分子

第21頁(yè)/共67頁(yè)共軛聚合物的電子導(dǎo)電1.1共軛體系的導(dǎo)電機(jī)理

共軛聚合物是指分子主鏈中碳—碳單鍵和雙鍵交替排列的聚合物，典型代表是聚乙炔：－CH=CH－

由于分子中雙鍵的π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。導(dǎo)電高分子

第22頁(yè)/共67頁(yè)

按量子力學(xué)的觀點(diǎn)，具有本征導(dǎo)電性的共軛體系必須具備兩條件。第一，分子軌道能強(qiáng)烈離域；第二，分子軌道能互相重疊。滿足這兩個(gè)條件的共軛體系聚合物，便能通過(guò)自身的載流子產(chǎn)生和輸送電流。在共軛聚合物中，電子離域的難易程度，取決于共軛鏈中π電子數(shù)和電子活化能的關(guān)系。理論與實(shí)踐都表明，共軛聚合物的分子鏈越長(zhǎng)，π電子數(shù)越多，則電子活化能越低，亦即電子越易離域，則其導(dǎo)電性越好。導(dǎo)電高分子

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聚乙炔具有最簡(jiǎn)單的共軛雙鍵結(jié)構(gòu)：(CH)x。組成主鏈的碳原子有四個(gè)價(jià)電子，其中三個(gè)為σ電子（sp2雜化軌道），兩個(gè)與相鄰的碳原子連接，一個(gè)與氫原子鏈合，余下的一個(gè)價(jià)電子π電子(Pz軌道)與聚合物鏈所構(gòu)成的平面相垂直。導(dǎo)電高分子

第24頁(yè)/共67頁(yè)(CH)x的價(jià)電子軌道導(dǎo)電高分子

第25頁(yè)/共67頁(yè)

隨π電子體系的擴(kuò)大，出現(xiàn)被電子占據(jù)的π成鍵態(tài)和空的π*反鍵態(tài)。隨分子鏈的增長(zhǎng)，形成能帶，其中π成鍵狀態(tài)形成價(jià)帶，而π*反鍵狀態(tài)則形成導(dǎo)帶。如果π電子在鏈上完全離域，并且相鄰的碳原子間的鏈長(zhǎng)相等，則π－π*能帶間的能隙（或稱禁帶）消失，形成與金屬相同的半滿能帶而變?yōu)閷?dǎo)體。導(dǎo)電高分子

第26頁(yè)/共67頁(yè)共軛體系A(chǔ)x的長(zhǎng)度x與成鍵—反鍵電子狀態(tài)導(dǎo)電高分子

第27頁(yè)/共67頁(yè)

從圖中可見(jiàn)，要使材料導(dǎo)電，π電子必須具有越過(guò)禁帶寬度的能量EG，亦即電子從其最高占有軌道（基態(tài)）向最低空軌道（激發(fā)態(tài)）躍遷的能量ΔE（電子活化能）必須大于EG。

研究表明，線型共軛體系的電子活化能ΔE與π電子數(shù)N的關(guān)系為：導(dǎo)電高分子

第28頁(yè)/共67頁(yè)

反式聚乙炔的禁帶寬度推測(cè)值為1.35eV，若用上式推算，N＝16，可見(jiàn)聚合度為8時(shí)即有自由電子電導(dǎo)。除了分子鏈長(zhǎng)度和π電子數(shù)影響外，共軛鏈的結(jié)構(gòu)也影響聚合物的導(dǎo)電性。從結(jié)構(gòu)上看，共軛鏈可分為“受阻共軛”和“無(wú)阻共軛”兩類。前者導(dǎo)電性較低，后者則較高。導(dǎo)電高分子

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受阻共軛是指共軛鏈分子軌道上存在“缺陷”。當(dāng)共軛鏈中存在龐大的側(cè)基或強(qiáng)極性基團(tuán)時(shí)，往往會(huì)引起共軛鏈的扭曲、折疊等，從而使π電子離域受到限制。π電子離域受阻程度越大，則分子鏈的電子導(dǎo)電性就越差。如下面的聚烷基乙炔和脫氯化氫聚氯乙烯，都是受阻共軛聚合物的典型例子。導(dǎo)電高分子

第30頁(yè)/共67頁(yè)聚烷基乙炔σ＝10-15～10-10Ω-1·cm-1脫氯化氫PVCσ＝10-12～10-9Ω-1·cm-1導(dǎo)電高分子

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無(wú)阻共軛是指共軛鏈分子軌道上不存在“缺陷”，整個(gè)共軛鏈的π電子離城不受響。因此，這類聚合物是較好的導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料。例如反式聚乙炔，聚苯撐、聚并苯、熱解聚丙烯腈等，都是無(wú)阻共軛鏈的例子。順式聚乙炔分子鏈發(fā)生扭曲，π電子離域受到一定阻礙，因此，其電導(dǎo)率低于反式聚乙炔。導(dǎo)電高分子

第32頁(yè)/共67頁(yè)共軛聚合物的摻雜及導(dǎo)電性

從前面的討論可知，盡管共軛聚合物有較強(qiáng)的導(dǎo)電傾向，但電導(dǎo)率并不高。反式聚乙炔雖有較高的電導(dǎo)率，但精細(xì)的研究發(fā)現(xiàn)，這是由于電子受體型的聚合催化劑殘留所致。如果完全不含雜質(zhì)，聚乙炔的電導(dǎo)率也很小。然而，共軛聚合物的能隙很小，電子親和力很大，這表明它容易與適當(dāng)?shù)碾娮邮荏w或電子給體發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。導(dǎo)電高分子

第33頁(yè)/共67頁(yè)

例如，在聚乙炔中添加碘或五氧化砷等電子受體，由于聚乙炔的π電子向受體轉(zhuǎn)移，電導(dǎo)率可增至104Ω-1·cm-1，達(dá)到金屬導(dǎo)電的水平。另一方面，由于聚乙炔的電子親和力很大，也可以從作為電子給體的堿金屬接受電子而使電導(dǎo)率上升。這種因添加了電子受體或電子給體而提高電導(dǎo)率的方法稱為“摻雜”。導(dǎo)電高分子

第34頁(yè)/共67頁(yè)

共軛聚合物的摻雜與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體摻雜不同，其摻雜濃度可以很高，最高可達(dá)每個(gè)鏈節(jié)0.1個(gè)摻雜劑分子。隨摻雜量的增加，電導(dǎo)率可由半導(dǎo)體區(qū)增至金屬區(qū)。摻雜的方法可分為化學(xué)法和物理法兩大類，前者有氣相摻雜、液相摻雜、電化學(xué)摻雜、光引發(fā)摻雜等，后者有離子注入法等。摻雜劑有很多種類型，下面是一些主要品種。導(dǎo)電高分子

第35頁(yè)/共67頁(yè)(1)電子受體

鹵素：Cl2，Br2，I2，ICl，ICI3，IBr，IF5

路易氏酸：PF5，As，SbF5，BF3，BCI3，BBr3，SO3

質(zhì)子酸：HF，HCl，HNO3，H2SO4，HCIO4，F(xiàn)SO3H，ClSO3H，CFSO3H

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：AgClO3，AgBF4，H2IrCl6，La(NO3)3，Ce(NO3)3

有機(jī)化合物；四氰基乙烯（TCNE），四氰代二次甲基苯醌（TCNQ），四氯對(duì)苯醌、二氯二氰代苯醌（DDQ）

導(dǎo)電高分子

第36頁(yè)/共67頁(yè)(2)電子給體

堿金屬：Li，Na，K，Rb，Cs。

電化學(xué)摻雜劑：R4N+，R4P+（R＝CH3，C6H5等）。

如果用Px表示共軛聚合物，P表示共軛聚合物的基本結(jié)構(gòu)單元（如聚乙炔分子鏈中的－CH＝），A和D分別表示電子受體和電子給予體，則摻雜可用下述電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)式來(lái)表示：導(dǎo)電高分子

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聚乙炔電導(dǎo)率與聚乙炔電導(dǎo)活化能摻雜劑濃度的關(guān)系與摻雜劑濃度的關(guān)系導(dǎo)電高分子

第38頁(yè)/共67頁(yè)復(fù)合型導(dǎo)電高分子復(fù)合型導(dǎo)電高分子的基本概念

復(fù)合型導(dǎo)電高分子是以普通的絕緣聚合物為主要基質(zhì)（成型物質(zhì)），并在其中摻入較大量的導(dǎo)電填料配制而成的。因此，無(wú)論在外觀形式和制備方法方面，還是在導(dǎo)電機(jī)理方面，都與摻雜型結(jié)構(gòu)導(dǎo)電高分子完全不同。導(dǎo)電高分子

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從原則上講，任何高分子材料都可用作復(fù)合型導(dǎo)電高分子的基質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)使用要求、制備工藝、材料性質(zhì)和來(lái)源、價(jià)格等因素綜合考慮，選擇合適的高分子材料。目前用作復(fù)合型導(dǎo)電高分子基料的主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯、聚氨酯、聚酰亞胺、有機(jī)硅樹脂等。此外，丁基橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠和天然橡膠也常用作導(dǎo)電橡膠的基質(zhì)。導(dǎo)電高分子

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導(dǎo)電高分子中高分子基料的作用是將導(dǎo)電顆粒牢固地粘結(jié)在一起，使導(dǎo)電高分子具有穩(wěn)定的導(dǎo)電性，同時(shí)它還賦于材料加工性。高分子材料的性能對(duì)導(dǎo)電高分中的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、耐老化性都有十分重要的影響。

導(dǎo)電填料在復(fù)合型導(dǎo)電高分子中起提供載流子的作用，因此，它的形態(tài)、性質(zhì)和用量直接決定材料的導(dǎo)電性。

導(dǎo)電高分子

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常用的導(dǎo)電填料有金粉、銀粉、銅粉、鎳粉、鈀粉、鉬粉、鋁粉、鈷粉、鍍銀二氧化硅粉、鍍銀玻璃微珠、炭黑、石墨、碳化鎢、碳化鎳等。部分導(dǎo)電填料的導(dǎo)電率列于表。銀粉具有最好的導(dǎo)電性，故應(yīng)用最廣泛。炭黑雖導(dǎo)電率不高，但其價(jià)格便宜，來(lái)源豐富，因此也廣為采用。根據(jù)使用要求和目的不同，導(dǎo)電填料還可制成箔片狀、纖維狀和多孔狀等多種形式。導(dǎo)電高分子

第42頁(yè)/共67頁(yè)部分導(dǎo)電填料的電導(dǎo)率材料名稱電導(dǎo)率/(Ω-1·cm-1)相當(dāng)于汞電導(dǎo)率的倍數(shù)銀6.17×10559銅5.92×10556.9金4.17×10540.1鋁3.82×10536.7鋅1.69×10516.2鎳1.38×10513.3錫8.77×1048.4鉛4.88×1044.7汞1.04×1041.0鉍9.43×1030.9石墨1～1030.000095～0.095碳黑1～1020.00095～0.0095導(dǎo)電高分子第43頁(yè)/共67頁(yè)

高分子材料一般為有機(jī)材料，而導(dǎo)電填料則通常為無(wú)機(jī)材料或金屬。兩者性質(zhì)相差較大，復(fù)合時(shí)不容易緊密結(jié)合和均勻分散，影響材料的導(dǎo)電性，故通常還需對(duì)填料顆粒進(jìn)行表面處理。如采用表面活性劑、偶聯(lián)劑、氧化還原劑對(duì)填料顆粒進(jìn)行處理后，分散性可大大增加。導(dǎo)電高分子

第44頁(yè)/共67頁(yè)復(fù)合型導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電機(jī)理導(dǎo)電填料對(duì)導(dǎo)電性能的影響

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將各種金屬粉末或碳黑顆?；烊虢^緣性的高分子材料中后，材料的導(dǎo)電性隨導(dǎo)電填料濃度的變化規(guī)律大致相同。在導(dǎo)電填料濃度較低時(shí)，材料的電導(dǎo)率隨濃度增加很少，而當(dāng)導(dǎo)電填料濃度達(dá)到某一值時(shí)，電導(dǎo)率急劇上升，變化值可達(dá)10個(gè)數(shù)量級(jí)以上。超過(guò)這一臨界值以后，電導(dǎo)率隨濃度的變化又趨緩慢.導(dǎo)電高分子

第45頁(yè)/共67頁(yè)電導(dǎo)率與導(dǎo)電填料的關(guān)系導(dǎo)電高分子

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用電子顯微鏡技術(shù)觀察導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)電填料濃度較低時(shí)，填料顆粒分散在聚合物中，互相接觸很少，故導(dǎo)電性很低。隨著填料濃度增加，填料顆粒相互接觸機(jī)會(huì)增多，電導(dǎo)率逐步上升。當(dāng)填料濃度達(dá)到某一臨界值時(shí)，體系內(nèi)的填料顆粒相互接觸形成無(wú)限網(wǎng)鏈。導(dǎo)電高分子

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這個(gè)網(wǎng)鏈就像金屬網(wǎng)貫穿于聚合物中，形成導(dǎo)電通道，故電導(dǎo)率急劇上升，從而使聚合物變成了導(dǎo)體。顯然，此時(shí)若再增加導(dǎo)電填料的濃度，對(duì)聚合物的導(dǎo)電性并不會(huì)再有更多的貢獻(xiàn)了，故電導(dǎo)率變化趨于平緩。在此，電導(dǎo)率發(fā)生突變的導(dǎo)電填料濃度稱為“滲濾閾值”。導(dǎo)電高分子

第48頁(yè)/共67頁(yè)化學(xué)功能高分子材料5.10.3化學(xué)功能高分子材料化學(xué)功能高分子材料是最經(jīng)典、用途最廣的功能高分子材料。這里我們以離子交換樹脂、反應(yīng)性高分子(或高分子試劑)和高分子催化劑為例簡(jiǎn)單介紹。1.離子交換樹脂離子型吸附樹脂是一種在聚合物骨架上含有離子交換基團(tuán)的功能高分子材料。離子型吸附樹脂的結(jié)構(gòu)主要包括兩部分，一部分為高分子骨架，高分子骨架的作用是擔(dān)載離子交換基團(tuán)和為離子交換過(guò)程提供必要的空間和動(dòng)力學(xué)條件。結(jié)構(gòu)的另外一部分為離子交換基團(tuán)，即離子型化學(xué)結(jié)構(gòu)，通常為在介質(zhì)中具有一定解離常數(shù)的酸性或堿性基團(tuán)。離子交換基團(tuán)的性質(zhì)決定了離子交換能力和吸附選擇性。陽(yáng)離子型樹脂陰離子型吸附樹脂第49頁(yè)/共67頁(yè)化學(xué)功能高分子材料2.高分子化學(xué)試劑常見(jiàn)的高分子化學(xué)試劑根據(jù)所具有的化學(xué)活性有高分子氧化還原試劑、高分子磷試劑、高分子鹵代試劑、高分子烷基化試劑、高分子?；噭┑取３酥?，用于多肽和多糖等合成的固相合成試劑也是重要的一類高分子試劑。第50頁(yè)/共67頁(yè)化學(xué)功能高分子材料3.高分子催化劑高分子催化劑由高分子母體和催化劑基團(tuán)組成，催化劑基團(tuán)參與反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自身卻不發(fā)生變化，因高分子母體不溶于反應(yīng)溶劑中，屬液固相催化反應(yīng)，產(chǎn)物容易分離，催化劑可循環(huán)使用。第51頁(yè)/共67頁(yè)生物功能高分子材料1.生物醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子(biomedicalpolymers)材料是與人體組織、體液或血液相接觸，具有人體器官和組織的功能或部分功能的材料。(1)醫(yī)用高分子材料的分類(a)硬組織高分子材料，主要用于骨科、齒科的材料，要求材料與替代組織有類似的機(jī)械性能，且能夠與周圍組織結(jié)合在一起。(b)軟組織高分子材料，主要用于軟組織的替代與修復(fù)，要求材料不引起嚴(yán)重的組織病變，有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和彈性。(c)血液相容性高分子材料，用于制作與血液接觸的人工器官或器械，不引起凝血、溶血等生理反應(yīng)，與活性組織有良好的互相適應(yīng)性。(d)高分子藥物和藥物控釋高分子材料，要求無(wú)毒副作用、無(wú)熱源、不引起免疫反應(yīng)。第52頁(yè)/共67頁(yè)生物功能高分子材料(2)醫(yī)用高分子材料的特殊性能（a）耐生物老化。對(duì)于長(zhǎng)期植入的材料，要求生物穩(wěn)定性好，在體內(nèi)環(huán)境中不發(fā)生降解。對(duì)于短期植入材料，則要求能夠在確定時(shí)間內(nèi)降解為無(wú)毒的單體或片段，通過(guò)吸收、代謝過(guò)程排出體外。（b）物理和力學(xué)性能好。即材料的強(qiáng)度、彈性、幾何形狀、耐曲撓疲勞性、耐磨性等在使用期內(nèi)應(yīng)適當(dāng)。例如，牙齒材料需要高硬度和耐磨性，能夠承受長(zhǎng)期地、數(shù)以億萬(wàn)次地收縮和撓曲，而不發(fā)生老化和斷裂。用作骨科的材料要求有很好的強(qiáng)度和彈性。第53頁(yè)/共67頁(yè)生物功能高分子材料(2)醫(yī)用高分子材料的特殊性能（c）材料價(jià)格適當(dāng)，易于加工成型，便于消毒滅菌。（d）生物相容性好。要求材料無(wú)毒即化學(xué)惰性，無(wú)熱源反應(yīng)，不致癌，不致畸，不干擾免疫系統(tǒng)，不引起過(guò)敏反應(yīng)，不破壞相鄰組織，不發(fā)生材料表面鈣化沉著，有良好的血液相容性即不引起凝血、溶血，不破壞血小板，不改變血中蛋白，不擾亂電解質(zhì)平衡。第54頁(yè)/共67頁(yè)

醫(yī)用高分子材料第55頁(yè)/共67頁(yè)

醫(yī)用高分子材料第56頁(yè)/共67頁(yè)復(fù)合材料復(fù)合材料的特性復(fù)合材料是由兩種或兩種以上異質(zhì)、異形、異性材料通過(guò)物理和化學(xué)復(fù)合，組成具有兩個(gè)或兩個(gè)以上相態(tài)結(jié)構(gòu)的材料。這類材料不僅性能優(yōu)于組成中的任何一個(gè)單獨(dú)的材料，而且還可以具有組分單獨(dú)不具有的獨(dú)特性能。CompositeMaterial,substancethatismadeupofacombinationoftwoormoredifferentmaterials.Acompositematerialcanprovidesuperioranduniquemechanicalandphysicalpropertiesbecauseitcombinesthemostdesirablepropertiesofitsconstituentswhilesuppressingtheirleastdesirableproperties.第57頁(yè)/共67頁(yè)復(fù)合材料復(fù)合材料的特性復(fù)合材料是由兩種或兩種以上異質(zhì)、異形、異性材料通過(guò)物理和化學(xué)復(fù)合，組成具有兩個(gè)或兩個(gè)以上相態(tài)結(jié)構(gòu)的材料。這類材料不僅性能優(yōu)于組成中的任何一個(gè)單獨(dú)的材料，而且還可以具有組分單獨(dú)不具有的獨(dú)特性能。CompositeMaterial,substancethatismadeupofacombinationoftwoormoredifferentmaterials.Acompositematerialcanprovidesuperioranduniquemechanicalandphysicalpropertiesbecauseitcombinesthemostdesirablepropertiesofitsconstituentswhilesuppressingtheirleastdesirableproperties.第58頁(yè)/共67頁(yè)復(fù)合材料復(fù)合材料設(shè)計(jì)原則一般由基體組元與增強(qiáng)體或功能組元組成。通過(guò)對(duì)原材料的選擇、各組分分布設(shè)計(jì)和工藝條件的保證等，使原組分材料優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)，從而呈現(xiàn)了出色的綜合性能。glass-fiberreinforcedplasticcombinesthehighstrengthofthinglassfiberswiththeductilityandchemicalresistanceofplastic;thebrittlenessthattheglassfibershavewhenisolatedi