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导电聚合物

导电聚合物

又名:导电高分子
分类: 电子工程
属性: 技术
最后修改时间: 2018年03月26日
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所谓导电高分子是由具有共扼π-键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料

 

概述

导电高分子完全不同于由金属或碳粉末与高分子共混而制成的导电塑糕因此,导电高分子的可分子设计结构特征为除了具有高分子结构外,还含有由“掺杂”而引入的一价对阴离子(p-型掺杂)或对阳离子(n-型掺杂)所以,通常导电高分子的结构特征是由有高分子链结构和与链非键合的一价阴离子或阳离子共同组成。因此,导电高分子不仅具有由于掺杂而带来的金属(高电导率)半导体(p-n-)的特性之外,还具有高分子的可分子设计结构多样化,可加工和比重轻的特点。为此,从广义的角度来看,导电高分子可归为功能高分子的范畴。

特点

1)电高分子室温电导率可在绝缘体半导体金属态范围内变化。这是迄今为止任何材料无法比拟的。

正因为导电高分子的电学性能覆盖如此宽的范围,因此它在技术上的应用呈现多种诱人前s:0例如,具有高电导的导电高分子可用于电、磁屏蔽,防静电、分子导线等技术上的应用。而具有半导体性能的导电高分子,可用于光电子器件(晶体管整流)发光二极管(light emitting diode LED

( 2)导电高分子不仅可以掺杂,而且还可以脱掺杂并且掺杂脱掺杂的过程完全可巡这是导电高分子独特的性能之汽如果完全可逆的掺杂脱掺杂特性与高的室温电导率相结合,则导电高分子可成为二次电池的理想电极料,从而可能实现全塑固体电字也另外,可逆的掺杂脱掺杂的性能若与导电高分子的可吸收雷达波的特性相结合,则导电高分子又是口前快速切换的隐身技术的首选材料实验发现导电高分子与大气某些介质作用其室温电导率会发生明显的变化,若除去这些介质又会自动恢复到原状这种变化的实质是掺杂域脱掺杂过程,并且其掺杂脱掺杂完全可逆利用这一特性导电高分子可实现高选择性、灵敏度高和重复性好的气体或生物传感器

( 3)导电高分子的掺杂实质是氧化还原反应,而且氧化还原过程完全可巡在掺杂脱掺杂的过程中伴随着完全可逆的颜色变化。因此,导电高分子这一独特的性能可能实现电致变色或光致变色这不仅在信息存贮、显示上有应用前景,而且也可用于军事目标的伪装和隐身技术上。

(4)由于导电高分子具有π-共扼的结构,因此,它具有响应速度(10^(-13) sec)和高的三阶非线性光学系数(i=10^(-9)-10^(-13) esu)它将用于信息存贮、调频、光开关光计算机等技术上综上所述,导电高分子是一种性能优良的新型功能材料,并在80- 90年代研究进展迅速,成为材料科学的研究中心,并世界各国科学家致力于导电高分子的实用化。

导电掺杂

为了使共轭高分子导电,必须要做掺杂。这和半导体经过掺杂后可以经由荷电载子提高导电度类似。发现导电高分子的故事是蛮具戏剧性的。在1974年,日本化学家白川英树找到一个合成聚乙炔的新方法。有一次由于疏忽,多加了一千倍的催化剂,令他惊讶的是,这因此形成一个漂亮的银色薄膜。这薄膜是纯度很高的顺式聚乙炔。

研究案例

(A.G.McDiarmid)和物理学家希格(A.Heeger)正在研究有金属光泽的无机高分子硫化氮(SN)x。笛米德在一次东京的研讨会里提到这项研究,后来白川和笛米德有机会碰面讨论,当笛米德听到白川发现了具银色光泽的有机高分子,就邀请他到宾大访问。白川以及来自台湾的博士后研究员姜传康藉着加碘蒸气改变聚乙炔的性质,令他们惊讶的是,顺式聚乙炔的导电度因此增加了一百万倍。第一个导电高分子就此诞生!他们和同侪将发现发表在化学协会期刊的化学通讯,这是让他们赢得2000诺贝尔奖的论文。姜传康于1965年毕业于师大物理系,现在在美国的国家科技研究院(NIST)的高分子部门工作。

发展前景

尽管导电高聚物研究仅有20余年的历史,但无论在材料的设计和合成,掺杂和导电机理,结构与性能,加工性和稳定性以及在技术上的应用探索等方而均已取得长足的进展,并正向实用化的方向迈逃但是,在基础理论研究方面,导电高聚物而临着“合成金属”、分子导线和分子器件的挑战;在应用基础和技术应用方而,导电高聚物也面临着材料功能化,纳米化和实用化的挑战。若这些挑战所带来的发展机遇与导电高聚物本身的强大的生命力相结合,坚信这必将成为21世纪材料科学的研究前沿。


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