第三章导电高分子课件.ppt
《第三章导电高分子课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第三章导电高分子课件.ppt(64页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、1,第三章 导电高分子材料,3,2,白川英树(Hideki Shirakawa,1936),麦克迪尔米德(Alan G. MacDiarmid,1929),黑格(Alan J. Heeger,1936),第一节 概 述,三位科学家发现聚乙炔具有导电性质,因在导电聚合物方面的成就分享了2000年诺贝尔化学奖。,一、导电高分子(Conducting polymers,CPs)的发现,3,3,经碘掺杂的聚乙炔(polyacetylene)接近于室温下铜的导电率。有机聚合物从绝缘体向导体的转变,对有机聚合物基础理论研究具有重要意义,促进了分子导电理论和固态离子导电理论的建立和发展。在全固态电池,抗静电
2、和电磁屏蔽材料,聚合物电显示装置及有机半导体器件等研究方面都取得了重大进展和应用。,导电高分子材料:也称导电聚合物,即具有明显聚合物特征,如果在材料两端加上一定电压,在材料中应有电流流过,即具有导体的性质。这样的材料我们称其为导电高分子材料。,4,二.材料导电性的表征,物体导电能力的强弱用电导(G)来表示,G:电导(西门子S) I:电流U:电压,电导值与被测物体的长度 成反比,与被测样品的截面积 成正比:,比例常数 由被测物体的固有性质决定,称为该物体的电导率,单位是:S/cm,表征物体传导电流的能力。,在讨论材料的导电性时,习惯采用电导率的值来表示。,5,材料的导电率是一个跨度很大的指标。从
3、最好的绝缘体到导电性非常好的超导体,导电率可相差40个数量级以上。根据材料的导电率大小,通常可分为绝缘体,半导体、导体和超导体四大类。,6,材料的导电性是由于材料内部存在的带电粒子的移动引起的,这些带电粒子可以是正、负离子,也可以是电子或空穴,通常称为载流子。,材料导电性的好坏与物质所含的载流子的数目及其运动速度有关。,导电聚合物与常规金属导电体不同,它属于分子导电物质,而后者是金属晶体导电物质,因此其结构和导电方式也不同。,7,三.导电高分子的分类,8,第二节 复合型导电高分子材料,一、结构与导电机理,复合型导电高分子是在本身不具备导电性的高分子材料中掺混入大量导电物质,如炭黑、金属粉等,通
4、过分散复合、层积复合、表面复合等方法构成的复合材料,其中以分散复合最为常用。,1、结构,(1)分散复合结构:导电性粉末、纤维等材料采用化学或物理方法均匀分散在基体材料中,导电粒子或纤维相互接近构成导电通路。,9,(2)层状复合结构:在这种复合体中导电层独立存在,导电层两面覆盖聚合物基体材料,导电层直接构成导电通路。,(3)表面复合结构:将导电材料通过蒸镀等方法复合到高分子材料表面。,10,从原则上讲,任何高分子材料都可用作复合型导电高分子的基质。在实际应用中,需根据使用要求、制备工艺、材料性质和来源、价格等因素综合考虑,选择合适的高分子材料。 目前用作复合型导电高分子基料的主要有聚乙烯、聚丙烯
5、、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺、有机硅树脂等。此外,丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶和天然橡胶也常用作导电橡胶的基质。,2. 复合型导电高分子材料的制备方法,11,导电高分子中高分子基料的作用是将导电颗粒牢固地粘结在一起,使导电高分子具有稳定的导电性,同时它还赋于材料加工性。高分子材料的性能对导电高分子中的机械强度、耐热性、耐老化性都有十分重要的影响。 导电填料在复合型导电高分子中起提供载流子的作用,因此,它的形态、性质和用量直接决定材料的导电性。,12,常用的导电填料有金粉、银粉、铜粉、镍粉、钯粉、钼粉、铝粉、钴粉、镀银二氧化硅粉、镀
6、银玻璃微珠、炭黑、石墨、碳化钨、碳化镍等。,13,复合型导电高分子材料的制备成型方法主要有三种:反应法、混合法、压片法。,反应法:将导电填料均匀分散在聚合物单体或预聚物溶液中,加入引发剂进行聚合反应,直接生产与导电填料混合均匀的高分子材料。,混合法:利用高分子的共混工艺,将导电填料粉体与聚合物熔体或溶液混合均匀,然后采用注射、流延等方法成型。,压片法:将高分子基体材料与导电填料充分混合后,通过在模具内加压成型制备具有一定形状的导电复合材料。,14,3.复合型导电高分子材料的导电机理,(1)渗流理论(导电通道机理),实验发现,复合型导电材料其填加浓度必须达到一定数值后才具有导体性质。,该理论认为
7、:在临界浓度以上,导电材料粒子在高分子材料中相互接触构成导电网络。 该导电网络是复合材料导电的主要原因。,电导率发生突变的导电填料浓度称为“临界浓度”。,15,(2)隧道导电理论,实验中发现,在导电分散相浓度还不足以形成导电网络的情况下,复合材料也具有导电能力。,解释这种非接触导电现象主要有电子转移隧道效应和电场发射理论。,电子转移隧道效应:当导电粒子接近到一定距离时,在热振动时电子可以在电场作用下通过相邻导电粒子之间形成的某种隧道实现定向迁移,完成导电过程。,电场发射理论:这种非接触导电是由于两个相邻导电粒子之间存在电位差,在电场作用下发生电子发射过程,实现电子的定向流动而导电。,16,4.
8、 复合型导电高分子材料的性质和应用,(1)导电性质,这是复合型导电高分子的主要性质,其导电能力与导电填料的性质和粒度,以及填料在连续相中的分布情况有关。,如:银粉环氧树脂导电粘合剂,可用于集成电路、电子元件的粘结,可以提高器件的抗震性能。,炭黑-聚氨酯导电涂料,可用于设备防静电处理、电磁波吸收和金属材料的防腐。,炭黑-硅橡胶导电橡胶用于动态电接触器件的制备。,17,(2)热敏性质,指当温度发生变化时,材料的电学性质也发生变化。,对于复合型导电高分子,当温度变化时,其电阻率会发生一定程度的改变。,当温度升高,电阻率增大,称为正温度系数效应(PTC,positive temperature coe
9、fficient);反之,电阻率下降,称其具有负温度系数效应(NTC,negative temperature coefficient。),利用PTC效应,可以制备自控温加热器件。,18,(3)压敏性质,指材料受到外力作用时,材料的电学性能发生明显变化。,在外力的作用下,材料发生形变或密度发生变化,造成导电网络发生变化,从而引起电阻率的变化。,用导电复合材料制作压敏器件,常采用形变能力大的橡胶类高分子材料作为连续相,用来制备各种压力传感器和自动控制装置。,19,复合型导电高分子的制备工艺简单,成型加工方便,且具有较好的导电性能。例如:在聚乙烯中加入粒径为10300m的导电炭黑,可使聚合物变为半
10、导体(10-610-12-1cm-1),而将银粉、铜粉等加入环氧树脂中,其电导率可达10-110-1cm-1,接近金属的导电水平。因此,在目前结构型导电高分子中研究尚未达到实际应用水平时,复合型导电高分子不失为一类较为经济实用的材料。,20,作业:导电高分子共有哪几种类型?在结构上各有什么特点? 复合型导电高分子中,高分子基料和导电填料分别起什么作用?复合型导电高分子材料的导电机理主要有哪些?复合型导电高分子材料的主要性质?,21,参考资料:功能高分子材料化学第二版,赵文元、王亦军编。功能高分子,陈义镛;功能高分子材料,王建中。,22,第三节 电子导电型聚合物,电子导电性聚合物是三种本征导电聚
11、合物中种类最多,研究最早的一类导电材料,导电机理和结构特征有了比较成熟的理论和深入的研究。迄今为止,国内外对电子型导电高分子研究得较为深入的品种有聚乙炔、聚对苯硫醚、聚对苯撑、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。其中以掺杂型聚乙炔具有最高的导电性,其电导率可达5103104-1cm-1(金属铜的电导率为105-1cm-1)。,23,一、导电机理与结构特征,其载流子是聚合物中的自由电子或空穴,导电过程需要载流子在电场作用下能够在聚合物内做定向迁移形成电流。,(1)内层电子处在紧靠原子核的原子内层,受到原子核的强力束缚,一般不参与化学反应,在正常电场作用下没有移动能力。,(2)价电子在分子中是成键电子,一般
12、处在两个成键原子中间,键能较高,离域性很小,被称为定域电子。,1.有机化合物中电子的存在形式:,24,(3)n价电子 这种电子与杂原子(O、N、S、P)结合在一起,在化学反应中具有重要意义,孤立存在时没有离域性。,(4)价电子由两个成键原子中P电子相互重叠后产生,当电子孤立存在时这种电子具有有限离域性,电子可以在两个原子核周围运行。在电场作用下电子可以在局部作定向移动。随着电子共轭体系的增大,离域性显著增加。,所有已知的电子导电性聚合物的共同结构特征为分子内具有大的共轭电子体系,具有跨键移动能力的价电子称为这一类导电聚合物的唯一载流子。,25,聚合物成为导体的必要条件是: 其内部的电子具有跨键
13、离域移动能力的大共轭结构。 部分常见的电子导电聚合物的分子结构,26,常见材料和导电聚合物的电导率范围,仅具有上述结构的聚合物属于半导体,27,“掺杂”一词来源于半导体化学,指在纯净的无机半导体材料中加入少量具有不同价态的第二种物质,以改变半导体材料中空穴和自由电子的分布状态。,未经掺杂的聚合物导电率不高,是因为聚合物分子中各键分子轨道之间存在着一定的能级差。能极差的存在造成价电子不能再共轭聚合物中完全自由跨键移动。,具有共轭结构的聚合物要成为导体,还需要经过“掺杂”,28,Peierls过渡理论(Peierls transition): 根据分子轨道理论和能带理论对导电聚合物分子结构进行分析
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第三章 导电高分子课件 第三 导电 高分子 课件

链接地址:https://www.31ppt.com/p-1526002.html