導(dǎo)電高分子材料

導(dǎo)電高分子材料第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一組長徐旭東成員徐愷蕓楊玲玲高敏林新志高敏曉王成沈夢楚

第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一2000年諾貝爾化學(xué)獎得主美國物理學(xué)家Heeger

美國化學(xué)家MacDiarmid

日本化學(xué)家Shirakawa

第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一猜猜我是誰？第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

我的偶像——浙大牛逼教授鄭強，男，1960年09月生，工學(xué)博士、博士生導(dǎo)師。

教育部“長江學(xué)者”特聘教授

國家杰出青年基金獲得者

首批新世紀(jì)百千萬人才工程國家級人

中共浙江大學(xué)黨委委員

浙江大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院副院長

浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系主任

浙江大學(xué)先進(jìn)纖維材料研究中心主任第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一現(xiàn)任浙江大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院副院長、浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系系主任。兼任教育部高分子材料教學(xué)指導(dǎo)委員會委員、中國流變學(xué)委員會委員、中國高分子科學(xué)委員會聚合物表征專業(yè)委員會副主任委員、中國復(fù)合材料學(xué)會聚合物基復(fù)合材料專業(yè)委員會委員、中國機械工程學(xué)會材料分會高分子材料工程專業(yè)委員會委員。曾榮獲浙江大學(xué)“竺可楨基金優(yōu)秀教師獎”(1998年)，浙江省“跨世紀(jì)學(xué)術(shù)帶頭人”培養(yǎng)人選(1999年)，“浙江大學(xué)學(xué)生心目中最喜愛的老師”稱號(2001年)，國家杰出青年基金獲得者(2001年)。

第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一世界上第一種導(dǎo)電聚合物：摻雜聚乙炔1977年，美國化學(xué)家MacDiarmid，物理學(xué)家Heeger和日本化學(xué)家Shirakawa首次發(fā)現(xiàn)摻雜碘的聚乙炔具有金屬的特性。并因此獲得2000年諾貝爾化學(xué)獎使用Ziggler—Natta催化劑AlEt3/Ti(OBu)4,Ti的濃度為3mmol/L，Al/Ti約為3—4。催化劑溶于甲苯中，冷卻到-78度,通入乙炔，可在溶液表面生成順式的聚乙炔薄膜。摻雜后電導(dǎo)率達(dá)到105S/cm量級

第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一導(dǎo)電聚合物是由具有共軛∏鍵的聚合物經(jīng)過化學(xué)或電化學(xué)的摻雜而形成的導(dǎo)電聚合物除了具有高分子聚合物的一般的結(jié)構(gòu)特點外還含有一價的對陰離子（P型摻雜）或?qū)﹃栯x子（N型摻雜）導(dǎo)電聚合物最引人注目的一個特點是其電導(dǎo)率可以在絕緣體—半導(dǎo)體—金屬態(tài)（10-9到105s/cm）較寬的范圍里變化。這是目前其他材料所無法比擬的第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一導(dǎo)電高分子的主要類型：除了最早的聚乙炔（PA）外，主要有聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚對苯乙烯(PPV)、聚苯胺(PANI)以及他們的衍生物其中聚苯胺結(jié)構(gòu)多樣、摻雜機制獨特、穩(wěn)定性高技術(shù)應(yīng)用前景廣泛，在目前的研究中備受重視其中聚乙炔的所能達(dá)到的電導(dǎo)率在已發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電聚合物中是最高的，達(dá)到了105S/cm量級，接近Pt和Fe的室溫電導(dǎo)率第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一什么是導(dǎo)電高分子的摻雜呢？純凈的導(dǎo)電聚合物本身并不導(dǎo)電，必須經(jīng)過摻雜才具備導(dǎo)電性摻雜是將部分電子從聚合物分子鏈中遷移出來從而使得電導(dǎo)率由絕緣體級別躍遷至導(dǎo)體級別的一種處理過程導(dǎo)電聚合物的摻雜與無機半導(dǎo)體的摻雜完全不同第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一導(dǎo)電高分子的摻雜與無機半導(dǎo)體的摻雜的對比無機半導(dǎo)體中的摻雜導(dǎo)電高分子中的摻雜本質(zhì)是原子的替代是一種氧化還原過程摻雜量極低（萬分之幾）摻雜量一般在百分之幾到百分之幾十之間摻雜劑在半導(dǎo)體中參與導(dǎo)電只起到對離子的作用，不參與導(dǎo)電沒有脫摻雜過程摻雜過程是完全可逆的第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一目前摻雜的方式主要有兩種：氧化還原摻雜：可通過化學(xué)或電化學(xué)手段來實現(xiàn)?；瘜W(xué)摻雜會受到磁場的影響遺憾的是目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)外加磁場對聚合物的室溫電導(dǎo)率有明顯的影響質(zhì)子酸摻雜：一般通過化學(xué)反應(yīng)來完成，近年發(fā)現(xiàn)也可通過光誘導(dǎo)施放質(zhì)子的方法來完成還有摻雜—脫摻雜—再摻雜的反復(fù)處理方法，這種摻雜方法可以得到比一般方法更高的電導(dǎo)率和聚合物穩(wěn)定性

第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一導(dǎo)電高分子無處不在科研人員正在研究高分子低溫等離子在導(dǎo)電高分子儀器

第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一導(dǎo)電高分子無處不在高分子導(dǎo)電薄膜高分子導(dǎo)電聚合物第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一聚合物的摻雜過程直接影響導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電能力，摻雜方法和條件的不同直接影響到導(dǎo)電聚合物的物理化學(xué)性能第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電機理載流子是由孤立子、極化子、雙極化子等自由基離子構(gòu)成的極化子和孤立子的存在和躍遷使高分子鏈具有了導(dǎo)電性第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一最新研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢高導(dǎo)電性導(dǎo)電聚合物高強度導(dǎo)電高分子可溶性導(dǎo)電高分子分子導(dǎo)電自摻雜或不摻雜導(dǎo)電聚合物、復(fù)合型聚合物、光電磁多功能聚合物等第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一高導(dǎo)電性導(dǎo)電聚合物目前為止發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電高分子仍屬于半導(dǎo)體的范疇，而未能到到真正的金屬態(tài)具有低能帶能隙的導(dǎo)電高分子是實現(xiàn)“合成金屬”的重要途徑在1984年Wudl等合成了聚苯并噻吩，其能帶能隙只有1eV雜環(huán)芳香族高分子的電導(dǎo)率往往高于非雜環(huán)芳香族的高分子。聚合物鏈的取向程度的提高也會大大的提高其取向方向的電導(dǎo)率1987年，Basescu等合成了高取向度的聚乙炔，用碘摻雜后其電導(dǎo)率高達(dá)2*105S/cm，是目前所知道的電導(dǎo)率最高的導(dǎo)電聚合物之一第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一高強度導(dǎo)電高分子通?；瘜W(xué)合成的高分子常表現(xiàn)為沒有任何力學(xué)強度的粉末。例外：通過Shirakawa途徑可以得到高性能的聚乙炔薄膜得到高性能導(dǎo)電高分子膜材料最有效和直接的方法是電化學(xué)沉積法低的聚合溫度、強極性分子介質(zhì)以及電化學(xué)惰性的電極材料有利于生成堆積緊密，性能良好的芳香導(dǎo)電高分子材料第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一可溶性導(dǎo)電高分子它可以更好地用于研究分子結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性能之間的關(guān)系可以很好地解決導(dǎo)電聚合物的加工成型問題可溶性導(dǎo)電高分子可以由相應(yīng)的溶液直接加工成膜或者紡成纖維研制可溶性高分子的一個重要技術(shù)是在導(dǎo)電高分子鏈中加入柔軟的長鏈，這一技術(shù)可以應(yīng)用于幾乎所有的高分子單體

第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用導(dǎo)電聚合物特殊的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的物理化學(xué)性能，使得其在能源（二次電池、太陽能電池、固體電池），光電器件，晶體管，鎮(zhèn)流器，發(fā)光二極管（LED），傳感器（氣體和生物）,電磁屏蔽，隱身技術(shù)以及生命科學(xué)等方面都有誘人的應(yīng)用前景第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一結(jié)構(gòu)性導(dǎo)電高分子材料的用途應(yīng)用領(lǐng)域或有用的效用實例電子電導(dǎo)電加熱元件的撓性導(dǎo)體，電磁屏蔽材料，抗靜電材料電極燃料電池，光化學(xué)電池，傳感器，心電圖儀邊界層效應(yīng)選擇性透過膜，離子交換劑，醫(yī)藥控制釋放電子學(xué)分子電子學(xué)，發(fā)光二極管，數(shù)據(jù)存儲，改良場效應(yīng)晶體管光學(xué)電致變色顯示器，非線性光學(xué)材料，濾光片電致伸縮效應(yīng)微觸動器第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一美國密里肯公司通過控制現(xiàn)場聚合條件將聚吡咯與纖維復(fù)合，制備了商品名為Contex和Intrigue的導(dǎo)電纖維，并制成了輕型偽裝網(wǎng)，美國國防部已經(jīng)將其以用于隱形轟炸機的隱身涂料第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一導(dǎo)電高分子材料發(fā)展展望作為分子器件研究的重要組成部分，