电活性高分子ppt课件.ppt

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1、5.1概述,1电活性高分子的概念 那些在电参数作用下，由于材料本身组成、构型、构象或超分子结构发生变化，因而表现出特殊物理和化学性质的高分子材料被称为电活性高分子材料，也称为电活性高分子。,高分子发光膜,2材料的导电性能 根据材料电导率的大小可以将其分为电的绝缘体、半导体、导体、超导体，如表5-1 所示。,表5-1 材料分类与导电率范围,3.电活性高分子的种类与特点（1）电活性高分子的种类 根据施加电参量的种类和材料表现出的性质特征，可以将电活性高分子材料划分为以下类型：导电高分子材料 施加电场作用后,材料内部有明显电流通过，或者电导能力发生明显变化的高分子材料。电极修饰材料 用于对各种电极表

2、面进行修饰,改变电极性质，从而达到扩大使用范围、提高使用效果的高分子材料。高分子电致变色材料 材料内部化学结构在电场作用下发生变化，因而引起可见光吸收波谱发生变化的高分子材料。,高分子电致发光材料 在电场作用下，分子生成激发态，能够将电能直接转换成可见光或紫外光的高分子材料。高分子介电材料 电场作用下材料具有较大的极化能力，以极化方式储存电荷的高分子材料。高分子驻极体材料 材料荷电状态或分子取向在电场作用下发生变化，引起材料永久性或半永久性极化，因而表现出某些压电或热电性质的高分子材料。本节将介绍部分重要的电活性高分子材料的特点、作用原理、制备与应用等。,（2）电活性高分子的特点 材料的性能通

3、过器件体现 不同于其他类型的功能高分子材料，电活性高分子材料的性能通常是通过具有特定结构和组成的器件表现出来的，因此材料的物理化学性能对器件的结构和组成起决定性作用，而且在电活性高分子材料研究中，结构和性能的研究比作用机理的研究要复杂。,材料被施加电参量后，可能仅发生物理性能的变化，也可能仅发生化学变化，或同时发生物理和化学变化。,材料发生物理性能变化：如高分子驻极体当被注入电荷后，由于其高绝缘性质，能够将电荷长期保留在局部。材料发生化学变化：如电致变色材料在吸收电能后发生了可逆的电化学反应，其自身结构或氧化还原状态发生变化，所以光吸收特性在可见光区发生较大改变而显示出明显的颜色变化。材料发生

4、物理性能和发生化学性质的变化：如选择性修饰电极是改变电极表面的物理特性，而各种高分子修饰电极型化学敏感器则是因为在电极表面的电活性材料发生化学变化，从而导致电极电势的变化。,研制周期短 由于电参量控制是目前最容易使用的控制方式，同时也是最容易测定的参量。而电活性功能高分子的功能和控制是由电参量控制的，实用性很强。所以电活性高分子材料的研究一旦获得成功便会很快被投入生产，获得实际应用。例如，从电致发光材料的发现、研制成功到生产出基于这种功能材料的全彩色显示器实用化产品仅需几年。,5.2 导电高分子,1导电高分子的发现与发展（1）概念 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

5、两端加上一定的电压，材料中即有电流通过，即具有导电体的性质，同时具有以上两个性质的材料我们称为导电高分子材料。其包括结构型导电高分子和复合型导电高分子。,结构型导电高分子 是由具有共轭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。复合型导电高分子 是由导电填料与通用高分子材料复合而成。通常将高分子半导体和高分子导体，统一称作导电高分子,也称导电高分子材料。从广义上讲，导电高分子属于功能高分子的范畴。,（2）发现与发展 有机高分子材料通常属于绝缘体的范畴。在1973年有科学家发现四硫富瓦烯-7，7，8，8-四氰二次甲基苯醌电荷转移复合物具有超导涨落现象；1974年日本

6、筑波大学的白川英树研究室在意外的情况下于高催化剂浓度下合成出具有交替单键和双键结构的高顺式聚乙炔(PA)。,美国高分子化学家黑格(Heeger)与麦克迪尔米德(Mac Darmid)等和白川英树合作研究，发现此聚乙炔薄膜经过AsF5或I2掺杂后，置现明显的金属特征和独特的光、电、磁及热电动势性能。如其电导率由绝缘体的10-9Scm-1转变为金属导体的10-3 Scm-1，而且伴随着掺杂过程聚乙炔薄膜的颜色也由银灰色转变为具有金属光泽的金黄色。,由此提出了一个新的概念“合成金属”，并诞生了导电高分子这一自成体系的多学科交叉的新的研究领域，并迅速发展成为世界范围内化学、电化学、固体物理与半导体物理

7、等学科的研究热点。上述三位科学家(白川英树、黑格和麦克迪尔米德)也因在导电高分子领域的卓越贡献分享了2000年度诺贝尔化学奖。,“合成金属”概念的建立和导电高分子领域的出现不仅打破了高分子材料为绝缘体的传统观念，而且为低维固体电子学和分子电子学的建立和发展打下了基础,具有重要的科学意义。有人预言，有机高分子材料在21世纪将在电子和光电子工业中获得广泛的应用，发展成为“有机电子”工业。,2导电高分子的分类及性能特性（1）导电高分子材料的分类 按照材料的结构与组成,可将导电高分子分成三大类，即结构型(或称本征型)导电高分子、复合型导电高分子和超导电高分子，见表16。,（2）结构型导电高分子的结构与

8、性能特点 结构型导电高分子不同于由金属或碳粉末与高分子共混而制成的导电材料，通常这类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。即在导电高分子结构中，除了具有高分子链外，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)。因此结构型导电高分子不仅具有由于掺杂而带来的金属(高电导率)和半导体(p和n型)的特性之外，还具有高分子结构的可设计性、可加工性和低密度等特点。,导电高分子材料具有以下重要特点：较宽的室温电导率 结构型导电高分子室温电导率可在绝缘体半导体一导体范围内(10-9l0-5S cm-1)变化，这是其他任何材料无法实现的，因此导

9、电高分子呈现多种诱人的应用前景。如具有半导体性能的导电高分子，可用于光电子器件(晶体管、整流器)和发光二极管等；而具有高电导的导电高分子可用于电磁屏蔽、防静电材料及分子导线等。,完全可逆的掺杂/脱掺杂即氧化/还原过程 结构型导电高分子重要性能之一是可以重复进行掺杂与脱掺杂。由于同时具有较高的室温电导率，使结构型导电高分子成为理想二次电池的电极材料，用于制造全塑固体电池。而与可吸收雷达波的特性相结合，则可作为快速切换的隐身材料和电磁屏蔽材料。另外利用结构型导电高分子与大气某些介质作用时，其室温导电率会发生明显的变化，而除去介质时叉会自动恢复到原状的特性，制造选择性高、灵敏度高和重复性好的气体或生

10、物传感器。,3导电高分子材料的应用（1）电磁波屏蔽与隐身材料 利用导电高分子材料的导电性和半导体性，反射或吸收电磁波。如用混有导电填料的导电塑料作外壳，或在塑料外壳上涂一层金属或含有碳粉、碳纤维的导电涂料，不仅可以大大简化产品的制备工艺，降低生产成本，同样可以达到有效的电磁屏蔽，甚至可以实现成型与屏蔽一体完成；利用导电高分子在掺杂前后导电能力的巨大变化实现防护层从反射电磁波到透过电磁波的切换，使被保护装置既能摆脱敌对方的侦察，又不妨碍自身雷达的工作，使隐身成为可逆过程，利用导电聚合物由绝缘体变为半导体再变为导体的形态变化，可以使巡航导弹在飞行过程中隐形，在接近目标后绝缘起爆。这些应用在军事上有

11、极其重要的意义。,（2）抗静电材料 绝缘性高分子材料表面的静电积累和火花放电可引发重大事故，让人在使用化纤类纺织品时不舒适。利用导电高分子的半导体性质，与高分子母体结合制成表面吸附或填充型等形式的抗静电材料，应用于各领域，如集成电路、印刷电路板及电子元件的包装材料，通讯设备、仪器仪表及计算机的外壳；工厂、计算机室、医院手术室、制药厂、火药厂及其他净化室的防护服装、地板、操作台垫及壁材和抗静电的摄影胶片等。,（3）电子元件 导电高分子材料在掺杂状态具有半导体或金属的电导性，在掺杂时表现为绝缘体或半导体，而原来禁带宽度较大的仍为绝缘体，所以可以利用这些性质来制作各种类型的结元件，成为二极管、晶体管

12、及场效应晶体管等具有非线性电流-电压特性的电子元件加以利用。如聚苯撑乙烯(PPV)及其衍生物与共聚物，因可溶解在一般的有机溶剂中，并具有较高的发光效率和可调节的发光颜色，如果能够解决稳定性发光的问题，将有望投入实际应用。,（4）微波吸收材料与自控温发热材料 导电高分子作为微波吸收材料，其薄膜重量轻、柔性好，可作任何设备(包括飞机)的蒙皮。由于可以对导电高分子的厚度、密度和导电性进行调整，从而可以调整微波反射系数、吸收系数。材料的电阻值随温度升高而急剧增大的现象称为PTC特性。一些导电高分子材料具有这种特性，被用于制作温度补偿和测量，过热以及过串流保护元件等，在民用方面如电视机屏幕的消磁系统、电

13、热地毯及座垫等也得到越来越多的开发和应用。,（5）二次电池及传感器 二次电池是利用伴随着电化学掺杂、去掺杂而产生化学势的变化而工作。导电高分子特别是聚苯胺，由于具有可逆的电化学氧化还原性能而适宜作电极材料，将一对导电高分子或导电高分子与另一金属电极插人电解液制成可反复充电的二次电池。1991年日本推出了第一个商品化的聚合物二次电池，其正极为导电聚苯胺，负极为锂铝合金，而有液体电解质溶剂增塑聚丙烯腈或含氟高分子所形成的高分子凝胶电解质，具有接近液体电解质的电导率和固体外观，特别是在力学性能的突破，这一成果已经在制备异形锂电池和超薄型电池上获得应用，也使薄膜电池的制备有可能实现。,（6）金属防腐与

14、防污 导电高分子聚苯胺和聚吡咯等在钢铁或铝表面可形成致密而均匀的薄膜，通过电化学防腐与隔离环境中的氧和水分的化学防腐共同作用，可有效地防止各种合金钢和合金铝的腐蚀。据报道，中国科学院长春应用化学研究所研制的含聚苯胺的防腐涂料在性能上已经，达到国标富锌防腐涂料的标准，国外已经有实用化的商业产品,用于火箭、船舶、石油管道、污水管道中。,（7）导电高分子材料存在的问题 导电高分子至今还没有彻底解决规模化应用问题 这曾经使导电高分子的研究在20世纪后期一度陷入低谷，但是2000年诺贝尔化学奖则肯定了前期基础性研究和理论性解释，同时也说明了导电高分子发展到至今仍然是材料领域和高新技术领域的研究热点，而且

15、近期的许多研究成果预示该领域将在21世纪的材料领域中起主导作用。,综合性能特别是电性能与合成金属的要求还有差距 如20世纪80年代初，聚乙炔的电导率在103数量级；1986年高度取向聚乙炔使导电系数提高了一个数量级,达到104，从数量级;1988年拉伸后的聚乙炔电导率达到了105数量级,接近铜和银在室温下的电导率。但是其综合电学性能与铜还有一定差距。,导电高分子在理论上还不完善 基本上仍沿用无机半导体理论和掺杂概念，需要从分子设计的角度重新实现合成金属的途径。就导电机理而言，导电塑料就是在塑料里掺杂半导体材料，其过程是一个简单的复合过程，而导电高分子的形成是一个分子合成过程，是本征导电。所以导

16、电高分子不能称作“导电塑料”，这两个概念有本质的区别。有机高分子可达到多高的导电水平?如何能达到更高的水平?这些涉及理论和技术的问题,都需要认真地进行研究。,在分子水平上,导电高分子的自构筑、自组装分子器件的研究还存在着不少问题 在最前沿的导电高分子生命科学研究上,最新研究发现DNA也具有导电性,可将导电高分子与DNA相结合,利用导电高分子来制造人造肌肉和人造神经,以促进DNA生长和修街DNA。虽然可预测这将是导电高分子研究在应用上最重要的一个发展趋势,但人的所有感知,包括皮肤、肌肉、视觉、嗅觉等与电信号的关系目前还不十分明了,还需要进行深人探讨。,5.3其他电活性高分子的制备、性能与应用,1

17、光导电高分子（1）概述 物质在受到光照时,其电子电导载流子数目比其热平衡状态时多，从而引起其电导率变化的现象称为光导电现象，也称为光导电效应。光导电现象的实质是当物质受光激发后产生的电子、空穴等载流子在外电场作用下移动而产生电流，使材料的电导率因此增大。材料的光导电性除了材料本身性质外，还与入射光强和电场强度有关。光导电一般包括三个基本过程,即光激发、载流子生成和载流子迁移。,高分子光导电材料的结构具有如下特征:主链中有较高程度的共轭双键,如聚苯乙烯；侧基中具有多环的芳香基,如聚乙烯萘；侧基带有各种取代基的芳香氨基,其中主要为咔唑基,如聚乙烯咔唑(PVK)。研究表明，当物质的分子结构中存在共轭

18、结构时，就可能具有光导电性。由此可将光导电高分子为如下五类，如线型共轭高分子；平面型共轭高分子；侧链或主链中含有多环芳烃的高分子；侧链或主链含有杂环基团的高分子；高分子电荷转移配合物。,具有大分子结构的光导电体被称为光导电高分子。常见具有光导电性能的高分子及其配合物：聚乙烯、聚苯乙烯、聚卤代乙烯、聚乙炔、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈及其热处理物、聚苷氨酸、聚乙烯萘、聚苊烯、聚乙烯芘、聚乙烯基蒽。1959年首次提出的光导电高分子聚乙烯咔唑(PVK)和酞菁铜及其复合物是两种重要的高分子光导电体，其中以聚乙烯基咔唑的研究最为系统。,（2）典型的光导电高分子聚乙烯咔唑(PVK)及其电荷转移配

19、合物,PVK是一种易结晶的高分子化合物，其主要在紫外区域显示光电性。PVK在暗处是绝缘，而在紫外光照射下,电导率则提高到51011Scm-1；由于PVK类高分子的光导电机理属于外因过程，杂质起增感剂作用。当在聚乙烯咔唑(PVK)中掺杂有机染料或电子受体，在高分子链与低分子之间形成聚乙烯咔唑电荷转移配合物后，其光电性可扩展到可见光区域。如将作为光导电增感剂用的染料或色素配成溶液滴入光导电高分子溶液中，搅拌匀后再涂布成膜，能够有效提高高分子的光导电性能。,酞菁铜(CuPc)酞菁铜(CuPc)是另一种重要的有机半导体和光导电体分子结构式如下：,光导电增感剂主要有两大类，即电子受体和有机染料。电子受体

20、主要有：I2、五氯化锑、三硝基芴酮、TCNQ、四氯苯醌、四氰基乙烯；有机染料主要有：孔雀绿、结晶紫、三芳基碳鎓盐、苯并吡咯鎓盐、噻喃鎓盐。,（3）光导电高分子的应用 光电高分子目前主要应用在太阳能电池、静电复印、全息照相、信息记录等领域中的电子成像材料、有机电致发光元件、光电转换元件和有机光折变材料等。电子成像材料 有机感光体的电子成像技术是光电高分子已经实用化的重要领域。如IBM公司在1996年研制了应用于复印机和激光打印机的聚乙烯咔唑(PVK)与三硝基芴酮复合物组成的感光材料。,由于其难溶解，无法获得实际应用，而含有酞菁铜结构的聚酰胺(结构如下所示)可以与领丁烯二酸酐、二苯甲烷二胺等合成的

21、聚胺酰胺酸酯共混，再经酰亚胺化处理，可制得含酞菁铜基6.9%的聚胺一酰亚胺涂膜，具有良好的使用与光导电性，因此很有应用前途。,有机电致发光元件 美国研制出具有分离功能的由阳极/空穴传输材料/电子传输发光材料/阴极组成的多层有机电致发光元件，目前已经有一系列接近实用要求的可发出不同颜色及全色光的有机电致发光元件。,感光材料 美国柯达公司最近开发出一种应用于高速复印机的新型感光材料，是以3-对一N,N一二氨基2,5-二苯基噻喃铺盐(有机染料)为增感剂，将二甲氨基取代三苯甲烷分散在聚碳酸酯中形成的三相分光导电高分子。其中染料与高分子形成了弱复合物，染料结晶形成凝聚物。其光谱响应从染料的固有波长向长波

22、长区域扩展，染料结晶层吸收了可见光而成为电子激发态，经过激发能的迁移，与三苯甲烷衍生物之间进行电子转移而形成载流子，电子和空穴两种载流子对导电都有贡献。这种光导电高分子在500700 nm的可见光区域有光谱响应，并具有高感度，而且在高速反复使用中电性能稳定。,2电致发光高分子（1）电致发光现象与电致发光材料 在两电极间施加一定的电压后，电极间的薄膜材料发出一定颜色的光，这种直接将电能转化为光能，即电场激励发光的现象称为电光效应，也被称为“场致发光”现象，简称“EL”。,与光致发光相比，电致发光具有更大的实用价值。因为电致发光材料是一种平面光源，其实用化将实现照明光源从点光源、线光源到面光源的革

23、命，所以无论是无机、有机还是高分子电致发光材料的研究均引起了人们极大的兴趣。但目前各种电致发光材料在亮度和寿命上不能达到期望值，只有少量粉末型的交流电致发光玻璃屏用作标牌、指示灯等。,20世纪50年代，科学工作者发现，将硫化锌和有机介质涂敷在透明的导电玻璃上，并配以第二电极后，在电极两端加上交流电压即可实现稳定的电致发光。有机小分子的电致发光材料的发光效率高，但稳定性较差，直接影响器件的使用寿命，所以目前实际应用的电致发光材料还是Sl、Ge、As、P等无机材料。,无机电致发光材料制成的器件具有高效、而用、坚固等优点，但同时也存在发光频率很难改变、不易加工和成本偏高等问题，特别是很难得到发蓝光的

24、材料，因而无法满足高亮度、低功耗、多色化、多功能显示和方便表面安装等新型器件的应用要求。1990年,美国的Heerboer小组和英国的Foend小组分别报道高分子聚对苯撑乙烯(PPV)具有电致发光现象，随后几年在有机材料和高分子材料领域迅速掀起了研究高分子发光二极管的热潮。,（2）电致发光高分子 利用高分子制备的有机EL器件又被称为高分子EL器件。在高分子EL器件中，高分子的作用主要有四个方面：作为发光材料；作为空穴传输材料；用作电子传输材料；本身是光电惰性的，但借助小分子掺杂可实现载流子传输或发光，即作为载流子传输层或发光层的基质材料。,大多数高分子材料都具有良好的空穴传输特性，具有大共轭结

25、构或发色团的高分子通常可直接用作发光材料。如聚对苯撑乙烯(PPV)及其衍生物(发绿光)、聚乙烯咔唑(PVK)（发蓝光)、聚烷基噻吩及其衍生物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基二苯并芴、聚硅烷等。,研究发现，可能是因为部分共轭的高分子其非辐射能量耗散过程受到抑制，从而获得了更高的发光效率。所以不仅完全共轭的高分子如PPV可作为发光材料，而且部分共轭的高分子也可以用作发光材料，并且可有更大的EI效率。如完全共轭的PPV的效率为0.01%光子/电子，而部分共轭的PPV的EI效率则为0.8%光子/电子。PPV及其衍生物是目前国际上研究和使用最多、效果最好的一类电致发光高分子。,（3）高分子电

26、致发光过程与原理1）电致发光过程 材料的电致发光有三个基本过程：载流子(电子和空穴)的注入和传输；电子和空穴复合形成激子；激子的复合、扩散和辐射发光。,图14 电致发光基本过程示意图,2)高分子电致发光原理 高分子的电致发光机理与光致发光机理类似。在电场作用下分别从正极、负极注人的载流子(空穴和电子)发生迁移并在高分子半导体内相遇复合成单线态激子或三线态激子，单线态激子通过复合辐射衰减而发射光子,而三线态激子由于其能量比单线态激子低得多，其衰减基本为非辐射。,高分子薄膜电致发光原理如图15。电致发光高分子薄膜位于正负电极间，在两电极间施加电压后，从正负极注入的载流子经迁移并复合形成激子，激子在

27、辐射跃迁过程中发光，因此从透明的掺铟氧化锡正极可观察到高分子薄膜发出一定颜色的光。,图15 高分子薄膜电致发光原理示意图,使材料获得较高发光效率的几个途径：当发光材料确定时,选择合适功函数的材料作阴极,以增加电子的注入量，保持与空穴的匹配；器件制作时,在两电极和高分子之间分别加入一层电子传输材料和空穴传输材料，以增加器件的传输性，使得电子和空穴尽量在发光材料层中复合，以产生更多的激子；寻找各种新的电子传输层材料和空穴传输层材料；合成新的具有不同共轭结构的共轭高分子(PPV/二烷氧基共聚物)，如通过共聚的方法改变高分子材料本身性能使其能带与金属电极相互匹配。,（4）有机电致发光器件的特点 作为新

28、一代显示技术的有机电致发光技术，在短短十几年中取得了如此辉煌的成就在于有机电致发光器件具有如下的特点:采用有机物为原材料,选择范围宽,并可实现从蓝光到红光的任何颜色的显示，全固化的主动发光；制备过程简单易行，器件制品成本低；器件超薄，重量轻，视角宽，发光亮度和发光效率高，响应速度快(微秒量级)，并可做在柔性衬底上制成可弯曲、折叠器件；驱动电压低，只需310V的直流电压，节约能源，使用安全。,（5）PP 电致发光高分子合成及其器件的制作 高分子电致发光器件必须满足高效、可靠、高亮度、低驱动电压、低电流密度和长寿命等要求才能具有实际应用的价值。这里主要介绍高分子电致发光器件的实验室制各方法。如果将

29、其发展成为工业规模，需要对相应的制备方法进行改进和完善，如制作信息显示器，微电极矩阵用的器件，通常需要借助光刻等微加工技术。,1)电致发光高分子的制备 目前在电致发光器件最常用的高分子是PPV及其衍生物。PPV主要合成路线有三种：硫酸盐前体合成法；特定单体的开环聚合法；化学蒸发沉积法,但是此方法合成的PPV由于发光效率较低,不适用于制备电致发光器件。,由于PPV不溶于任何溶剂，可加工性能差，不能直接在导电玻璃上形成高质量的透明薄膜。在制备电致发光器件时，可通过旋涂聚合物前体或合成可溶性PPV衍生物(在苯环上引入长链烷基)的方法来解决这个问题。,2)电致发光器件的制作 PPV单层电致发光器件为典

30、型的“三明治”结构，如图16所示电致发光器件由电子注入电极(负极)、电子传输层、荧光转换层、空穴传输层和空穴注人电极(正极)依次组合而成。一般的制作程序是以透明的玻璃电极作为基体材料，在此电极上用成膜法使电致发光材料形成空穴传输层、荧光转换层、电子传输层，最后用真空蒸镀的方法形成电子注入电极。,图16 PPV单层致电发光器件结构示意图,目前使用的成膜方法主要有：浸涂成膜法 将玻璃电极浸入由成膜材料溶解在一定溶剂中制成的溶液中,取出后溶剂挥发成膜。膜的厚度可由溶液的浓度(黏度)或浸涂数次控制。该方法不需要复杂的仪器设备,简单易行。但由于在浸涂第二层时往往对第一层造成不利影响，所以浸涂成膜法不适合

31、制备多层结构的电致发光器件。,旋涂成膜法 将成膜材料的溶液用滴加的方法加到旋转的玻璃电极表面，多余溶液在离心力作用下被甩出，余下部分在电极表面形成均匀薄膜。膜的厚度可由成膜溶液的浓度(黏度)和滴加时间控制。由于电极与溶液的接触时间短，各层相互影响相对较小，所以此法可用于多层器件的制备。,真空蒸镀成膜法 将涂层材料放在较高温度处，在真空下升华到处在较低温度处的玻璃电极上形成薄膜。膜的厚度由升华速度(取决于温度和真空度)和蒸镀时间控制。真空蒸镀成膜法需要特殊的设备，并要求成膜材料的热稳定性高(在升华温度下不分解)。,原位聚合成膜法 将电极浸入含有聚合单体的溶液中，利用电化学或光化学方法引发聚合反应

32、，在电极表面直接形成电致发光薄膜。目前使用最多的是电化学原位聚合方法。电化学聚合方法制成的薄膜缺陷少，特别适合制备非常薄的发光层，尤其适合主链为共轭结构的溶解性很差的高分子电致发光材料的成膜。用这种方法制作电致发光器件时，膜的厚度可通过电解电压值和电解时间控制。发光层的厚度越小，需要的启动电压越小或电解时间越短。通常带有端基双键的单体可用还原电化学聚合方法成膜，而含芳香环单体(如苯胺及其衍生物)或者杂环单体(如吡咯、噻吩及其衍生物)，则可通过氧化电化学聚合方法成膜。,由于高分子电致发光材料的熔点较高，不易升华，在高温条件下，容易发生降解或解聚等分解反应，所以高分子电致发光材料一般不使用真空蒸镀

33、方法成膜。而浸涂和旋涂方法虽然简单有效,由于许多高分子电致发光材料的溶解性较差,无法得到适当浓度的溶液，其使用也受到一定限制。,3)电子注入电极的制备 电子注入电极材料一般使用低功函数的碱土金属(如钙)或其合金为成膜材料，主要采用真空热蒸镀法成膜。,（6）有机及高分子电致发光器件的研究现状及前景 自1987年Tang获得有价值的有机电致发光材料以来，各国科学家在这一领域倾注大量的精力，并取得了丰硕的研究成果。已经研制出数种发光强度和效率达到了使用水平性能优良的材料，其中最大发光效率达到151m/w，最大亮度已经超过105cd/m2。特别是开发出红、蓝、绿三种颜色的发光材料并已经实现全色显示。,

34、目前，绿光、黄光、蓝光器件的发光寿命(半衰期)已分别超过8.0104h、3104h和8.0103h；有机电致发光图像显示器的最大尺寸已超过14in。另外，有机电致发光器件的制作工艺，包括器件的显示驱动方式和电路，也得到不断改进和完善。国际上许多大公司正加大投人，向有机电致发光实性研究发起最后的冲刺。高分子电致发光器件的研究也取得了突破性进展，其寿命已超过104h。,（7）有机及高分子电致发光器件目前存在的问题与发展方向 发光机理还未完全清楚；发光效率比较低，大部分电能转换成了热能；高分子电致发光材料的电导率最佳值还不清楚。一般电导率高的高分子处于绝缘状态时可能产生电致发光现象，但是处于导电状态

35、时则不能产生电致发光；器件的稳定性差，寿命太短。,发展方向 在理论研究方面,继续深人研究高分子的电致发光的机理问题,和物理学者合作。彻底搞清高分子材料电导率与其电致发光性能的关系，并通过机理的研究，对高分子材料分子设计和提高器件的发光效率提出理论上的指导。,器件实用化研究与开发方面，重点是提高器件的发光效率，延长器件的使用寿命。特别是要全面提高蓝光二极管的性能，因为有机和高分子发光二极管解决了无机二极管难以发射蓝光的难题，意义重大。而白光二极管由于可用于照明或液晶显示的背光源，加上滤色片后可用于彩色显示，所以是一个研究的新热点。器件制作工艺方面，进一步改进成膜与封装技术以及全色显示工艺，为提高

36、器件及其相关产品的实用性能提供工艺技术保证。,3电致变色高分子（1）电致变色现象与电致变色材料1）电致变色现象 电致变色是指在外加电压的感应下，物质的光吸收或光散射特性发生变化的现象，简称电色现象。其实质是由于电场作用，物质发生氧化一还原反应而引起颜色的变化。这种颜色的变化能够可逆地响应电场的变化，且具有开路记忆的功能。,2)电致变色材料 在外电场及电流的作用下,所发生的可逆的色彩变化的材料即为电致变色材料。电致变色材料中，以在电化学条件下对可见光吸收有重大改变的电化学变色性材料最具有实用性。一般分为两类：一类是以WO3为代表的无机材料，另一类是以掺杂态导电高分子为代表的有机电色材料。,（2）

37、高分子电致变色材料及器件结构 高分子电致变色材料分子结构与变色性 有机电致变色材料可由单体通过电化学反应(电沉积)、化学修饰和等离子体聚合等不同方法获得。对具有芳香结构的苯胺、吡咯、噻吩、呋喃、咔唑等进行化学和电化学聚合可以得到新型的导电高分子。这类大分子中电子占据的最高能级和未占据的最低能级之间的能带宽决定其具有独特性能，即可通过掺杂和脱掺杂来控制光学和电学性质。在一定范围内，通过控制电压的大小决定掺杂程度的不同，就可导致材料在可见光区的吸收不同，显示出颜色的变化，即导电高分子材料发生了电致变色现象。,特点 与无机电致变色性材料相比,导电高分子在制备方法、成本、色彩变化与可加工性等方面都具有

38、明显的优势，成为近年导电高分子应用研究的一个热点领域。应用 导电高分子在电致变色装置上的应用，如电致变色智能窗已经有商业化产品面市，预计在建筑、汽车、轮船及航天飞机等方面将有巨大的市场；而移动电致变色屏、塑性柔性复合电致变色性装置、大屏幕电致变色显示装置由于没有视角限制，有望取代液晶显示器。,电致变色器件的基本组成 由电子源和离子源，透明导电层、电致变色层、电解质层、电极层等组成，结构如图17所示。其中透明导电层即TC层(常用掺铟氧化锡膜或二氧化锡膜)使器件与外电源之间保持电接触；电致变色层即EC层为无定形或微晶结构,并有一定的含水量；而电解质层即EL层(厚度为几微米至几十微米，离子电导率可达

39、103Scm-1)应既可溶解叉能发生离子迁移的功能；电极层(电子和离子的混合导体)即EC层是电子的收集发射体和离子的储存层。,(3)导电高分子材料的电致变色性苯胺类高分子的电致变色性 聚苯胺(PAn)由于具有独特的导电机理、优良的环境稳定性和适中的工业生产成本,是目前唯一已经批量化生产的结构型导电高分子材料。聚苯胺的电学性质和电致变色性与其氧化状态、质子化状态和所用电解液的pH值等有关，并具有颜色转换快、循环可逆性好和光学质量优异的特点，被公认为是一种很有发展前途的电致变色材料，有可能应用于电致变色装置和智能窗。,聚吡咯及其衍生物的电致变色性 在水溶液或有机溶剂中用电化学的方法聚合得到的掺杂态

40、聚吡咯薄膜呈现蓝紫色(max=670nm)，经电化学还原后可得黄绿色(max=l90nm)的非掺杂态聚吡咯膜，当脱去所有掺杂离子后,则薄膜为淡黄色,即聚吡咯具有电致变色性。当膜的厚度较小时，电致变色现象明显，而当膜的厚度达到一定程度时，就不具各电致变色性。,聚噻吩及其衍生物的电致变色性 与聚吡咯一样，聚噻吩薄膜也可以通过电化学聚合的方法制备，且聚噻吩的衍生物大多具有良好的电致变色性。但由于聚噻吩的单体价格较贵，且聚合条件苛刻，所以限制了聚噻吩的应用。研究发现聚乙撑二氧噻吩-二(十二烷基氧苯)在很窄的波长范围内就有着非常高的变色效率，很适合在电致变色装置中应用。聚噻吩及其衍生物的电致变色性见表1

41、7。,表17 聚噻吩及其衍生物的电致变色性,（4）电致变色高分子的应用 电致变色高分子在电场作用下能产生色彩变化，有望成为该类显示材料。如显示用元器件、调光屏以及电色贮存器件等。如在已有的绝缘层外被覆一层电致变色高分子材料，当原有的绝缘层由于击穿破坏而失去绝缘特性时，电致变色高分子材料会受到电场作用而变色显示；将电致变色高分子材料掺人基体绝缘材料构成多相体系，当材料在电场作用下产生局部放电或类似现象时，形成微区电场，而且放电电子、离子对材料有直接轰击作用，使处于微区的电色材料变色，此时材料的变色程度有可能与放电程度形成对应关系，由此可推测击穿破坏的可能性等。,一、题目1.功能高分子材料发展现状和应用2.功能分离高分子材料发展现状和应用（或其中某一类材料）3.功能吸附高分子材料发展现状和应用（或其中某一类材料）4.功能医用高分子材料发展现状和应用（或其中某一类材料）5.电活性高分子材料发展现状和应用（或其中某一类材料）二、字数：约在30005000字。三、排版要求1.题目，四号黑体，居中2.专业、班级、姓名小四号宋体，居右3.一节标题，小四号宋体4.二节标题及正文，五号宋体，行间距1.5倍用A4纸打印。第十六周五前交地点：49号楼205，材料工程学院，周健老师 13961136606,功能高分子材料论文要求,