导电高分子材料PPT讲稿.ppt

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1、导电高分子材料第1页，共13页，编辑于2022年，星期六2000年诺贝尔化学奖得主年诺贝尔化学奖得主美国物理学家美国物理学家美国物理学家美国物理学家HeegerHeeger 美国化学家美国化学家美国化学家美国化学家MacDiarmidMacDiarmid 日本化学家日本化学家Shirakawa 第2页，共13页，编辑于2022年，星期六世界上第一种导电聚合物：掺杂聚乙炔世界上第一种导电聚合物：掺杂聚乙炔19771977年，美国化学家年，美国化学家年，美国化学家年，美国化学家MacDiarmid，物理学家，物理学家Heeger和日本化学家和日本化学家ShirakawaShirakawa首次发现掺

2、杂碘的聚乙炔首次发现掺杂碘的聚乙炔具有金属的特性具有金属的特性。并因此获得。并因此获得20002000年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。使用使用ZigglerNattaZigglerNatta催化剂催化剂催化剂催化剂AlEtAlEt3 3/Ti(OBu)/Ti(OBu)4,Ti,Ti的浓度为的浓度为3mmol/L3mmol/L，Al/Ti约为约为约为约为3-4。催化剂溶于甲苯中，冷却。催化剂溶于甲苯中，冷却到到-78度度度度,通入乙炔，可在溶液表面生成顺式的聚乙炔薄通入乙炔，可在溶液表面生成顺式的聚乙炔薄通入乙炔，可在溶液表面生成顺式的聚乙炔薄通入乙炔，可在溶液表面生成顺式的聚乙炔薄膜。掺杂后电

3、导率达到膜。掺杂后电导率达到膜。掺杂后电导率达到膜。掺杂后电导率达到105 5S/cm量级量级 。第3页，共13页，编辑于2022年，星期六导电机理与结构特征电子导电型聚合物的共同结构特征是分子内有大的线性共轭n n电子体系，给载流子电子体系，给载流子-自由电子提供离域迁自由电子提供离域迁移的条件。移的条件。离子导电型聚合物的分子有亲水性柔性好，在一定离子导电型聚合物的分子有亲水性柔性好，在一定温度条件下有类似液体的性质。允许相对体积较大的温度条件下有类似液体的性质。允许相对体积较大的正负离子在电场作用下在聚合物中迁移。正负离子在电场作用下在聚合物中迁移。氧化还原型导电聚合物必须在聚合物骨架上

4、带有可进行可逆氧化还原反应的活性中心。第4页，共13页，编辑于2022年，星期六导电聚合物是由具有共轭导电聚合物是由具有共轭键的聚合物经过键的聚合物经过化学或电化学的掺杂而形成的化学或电化学的掺杂而形成的导电聚合物除了具有高分子聚合物的一般的结构特点导电聚合物除了具有高分子聚合物的一般的结构特点外还含有一价的对阴离子（外还含有一价的对阴离子（P P P P型掺杂）或对阳离子（型掺杂）或对阳离子（型掺杂）或对阳离子（型掺杂）或对阳离子（N N N N型掺杂）型掺杂）型掺杂）型掺杂）导电聚合物最引人注目的一个特点是其电导率可以在导电聚合物最引人注目的一个特点是其电导率可以在绝缘体绝缘体半导体半导体

5、半导体半导体金属态金属态（10101010-9-9-9-9到到到到10105 5s/cms/cms/cms/cm）较宽的范围里变化。这是目前其他材料）较宽的范围里变化。这是目前其他材料）较宽的范围里变化。这是目前其他材料）较宽的范围里变化。这是目前其他材料所无法比拟的所无法比拟的所无法比拟的所无法比拟的第5页，共13页，编辑于2022年，星期六目前已知的电子导电聚合物，除了早期发现的聚乙炔外，大多为芳目前已知的电子导电聚合物，除了早期发现的聚乙炔外，大多为芳香单环、多环、以及杂环的共聚或均聚物。香单环、多环、以及杂环的共聚或均聚物。第6页，共13页，编辑于2022年，星期六第7页，共13页，编

6、辑于2022年，星期六 聚合物只能称为半导体材料。其原因在于纯净的，或未予“掺杂掺杂”的上述聚合物分子中各的上述聚合物分子中各键分子轨道之间还存在着一定的能级差。而在电场力作用下，电子在聚合物内部迁移必须跨越这一能级差，这一能级差的存在造成价电子还不能在共轭聚合中完全自由跨键移动。价电子还不能在共轭聚合中完全自由跨键移动。第8页，共13页，编辑于2022年，星期六掺杂是一个氧化还原反应掺杂是一个氧化还原反应p型掺杂，以掺碘为例型掺杂，以掺碘为例对于对于n n型掺杂、以萘基金属掺杂为例：型掺杂、以萘基金属掺杂为例：第9页，共13页，编辑于2022年，星期六第10页，共13页，编辑于2022年，星

7、期六什么是导电高分子的掺杂呢？什么是导电高分子的掺杂呢？纯净的导电聚合物本身并不导电，必须经过掺杂才纯净的导电聚合物本身并不导电，必须经过掺杂才具备导电性具备导电性 掺杂是将部分电子从聚合物分子链中迁移出来从而掺杂是将部分电子从聚合物分子链中迁移出来从而使得电导率由绝缘体级别跃迁至导体级别的一种处使得电导率由绝缘体级别跃迁至导体级别的一种处理过程理过程导电聚合物的掺杂与无机半导体的掺杂完全不同导电聚合物的掺杂与无机半导体的掺杂完全不同第11页，共13页，编辑于2022年，星期六导电高分子的掺杂与无机半导体的掺杂的对比导电高分子的掺杂与无机半导体的掺杂的对比无机半导体中的掺杂导电高分子中的掺杂本

8、质是原子的替代本质是原子的替代 是一种氧化还原过程是一种氧化还原过程掺杂量极低（万分之几）掺杂量极低（万分之几）掺杂量一般在百分之几到掺杂量一般在百分之几到百分之几十之间百分之几十之间 掺杂剂在半导体中参与导电掺杂剂在半导体中参与导电 只起到对离子的作用，不只起到对离子的作用，不参与导电参与导电 没有脱掺杂过程没有脱掺杂过程 掺杂过程是完全可逆的掺杂过程是完全可逆的 第12页，共13页，编辑于2022年，星期六聚合络合物理论（无序亚晶格离子传输机理）聚合络合物理论（无序亚晶格离子传输机理）聚合络合物理论（无序亚晶格离子传输机理）聚合络合物理论（无序亚晶格离子传输机理）1966196619661

9、966年：年：年：年：PPO(PPO(PPO(PPO(聚环氧丙烷聚环氧丙烷聚环氧丙烷聚环氧丙烷)可以溶解高氯酸锂盐类，溶解盐后聚合物可以溶解高氯酸锂盐类，溶解盐后聚合物可以溶解高氯酸锂盐类，溶解盐后聚合物可以溶解高氯酸锂盐类，溶解盐后聚合物的玻璃化转变温度有近的玻璃化转变温度有近的玻璃化转变温度有近的玻璃化转变温度有近70707070的变化，机械性能也发生异常变化。的变化，机械性能也发生异常变化。的变化，机械性能也发生异常变化。的变化，机械性能也发生异常变化。而最大的变化在于盐的溶解使聚合物的体积发生明显收缩，这说而最大的变化在于盐的溶解使聚合物的体积发生明显收缩，这说而最大的变化在于盐的溶解

10、使聚合物的体积发生明显收缩，这说而最大的变化在于盐的溶解使聚合物的体积发生明显收缩，这说明在聚合物中溶解的盐与聚合物分子中的醚氧原子有较强的相互明在聚合物中溶解的盐与聚合物分子中的醚氧原子有较强的相互明在聚合物中溶解的盐与聚合物分子中的醚氧原子有较强的相互明在聚合物中溶解的盐与聚合物分子中的醚氧原子有较强的相互作用。作用。作用。作用。这种现象被解释为溶解的盐这种现象被解释为溶解的盐(其实是其实是盐解离后形成的离子与聚合物醚氧盐解离后形成的离子与聚合物醚氧原子形成了配位络合物。（四氢呋原子形成了配位络合物。（四氢呋喃），良好的溶解性并不是因为高喃），良好的溶解性并不是因为高的介电常数，而且醚氧原子与阳离的介电常数，而且醚氧原子与阳离子的配位络合作用。同样可以推理，子的配位络合作用。同样可以推理，聚醚对盐有较高的溶解性也应归于聚醚对盐有较高的溶解性也应归于聚合物中给电基团与盐中阳离子强聚合物中给电基团与盐中阳离子强烈的配位络合作用。烈的配位络合作用。第13页，共13页，编辑于2022年，星期六