大学高分子材料科学与工程课件——导电高分子.ppt

**********************导电高分子导电高分子，又称有机导体，是一类具有导电性能的高分子材料。它们通常由共轭体系组成，电子可以在共轭体系中移动，从而形成电流。课程概述11.简介本课程主要介绍导电高分子的基本概念、发展历程、结构、性能、合成、加工、应用等方面的知识。22.课程目标使学生了解导电高分子的基本理论和研究进展，并具备一定的分析和解决导电高分子材料相关问题的能力。33.教学内容本课程将涵盖导电高分子的基本概念、分类、结构与性能、合成方法、加工技术、应用领域以及发展趋势等方面内容。44.教学方法采用课堂讲授、实验操作、课后讨论、文献阅读等多种教学方法，使学生能够深入理解和掌握相关知识。导电高分子的定义与分类定义导电高分子是指具有导电性的高分子材料，通常由共轭体系组成。它们在常温下具有类似金属或半导体的导电性，并可通过掺杂、共混等方法调节其电学性能。分类导电高分子可根据其结构和电学性质进行分类，常见的分类包括聚合物基、共轭体系、导电机制等。导电高分子的发展历程导电高分子的发展历程可追溯到20世纪70年代，最初由化学家偶然发现。11970s早期研究，发现聚乙炔等材料的导电性21980s掺杂技术发展，提高导电性能31990s应用领域扩展，例如电池和传感器42000s至今纳米技术和生物材料结合，应用广泛导电高分子的结构与性能导电高分子的结构决定其电学性能。共轭体系是导电高分子的关键结构特征。共轭结构使电子能够沿分子链移动，从而提高导电率。导电高分子的性能主要取决于共轭长度、掺杂程度、分子间相互作用等因素。共轭高分子链的电子结构共轭体系共轭高分子链中，σ键和π键交替出现，形成连续的π电子体系，使电子能够沿分子链自由移动。能带理论能带理论可以解释导电高分子的导电机制，π电子形成的能带决定了材料的导电性。分子轨道理论分子轨道理论从原子轨道相互作用的角度解释了共轭高分子链的电子结构，解释了能带的形成和电子跃迁。掺杂理论与导电机理掺杂理论掺杂是指向导电高分子中引入少量其他物质，改变其电子结构，使其获得导电性。掺杂过程涉及电荷转移，改变了高分子链的能带结构，增加了载流子浓度。导电机理导电高分子的导电性主要依赖于载流子的运动。电子在掺杂高分子链的共轭体系中跳跃，形成电流，类似于金属中的电子传导。掺杂方法与工艺化学掺杂使用氧化剂或还原剂将电子转移到导电聚合物中，改变其电荷状态，从而提高其导电率。常见的化学掺杂方法包括化学氧化掺杂和化学还原掺杂。电化学掺杂通过电解方法将电子或空穴注入导电聚合物，实现其电荷状态的改变，从而提高其导电率。电化学掺杂通常在电解液中进行，使用电极将电荷注入导电聚合物中。热掺杂利用高温条件下导电聚合物与掺杂剂之间的化学反应或物理相互作用，改变导电聚合物的电荷状态，从而提高其导电率。热掺杂通常需要高温和特殊的处理工艺。导电聚合物主链结构设计单体结构设计选择合适的单体是设计导电聚合物的关键。单体的结构决定了聚合物的结构，进而影响导电性能。共轭结构设计共轭结构是指分子中双键和单键交替排列，形成大π键体系，可以提高电荷载流子的迁移率。侧链结构设计侧链的结构和性质可以影响聚合物的溶解性、加工性能和导电性能。链结构设计链结构的设计包括线性、支化和交联结构，可以影响聚合物的力学性能、热稳定性和导电性能。侧基团的作用与改性溶解性侧基团可以调节高分子的溶解性，使其更容易溶解在特定溶剂中，有利于加工和应用。稳定性通过引入合适的侧基团，可以提高高分子的稳定性，使其不易降解，延长使用寿命。性能侧基团可以影响高分子的电学性能、光学性能和机械性能，从而实现不同功能的导电高分子材料。生物相容性在生物医药应用中，侧基团可以赋予导电高分子良好的生物相容性，减少免疫反应，提高生物活性。共混技术的应用提高导电性与绝缘性聚合物混合，可以提高导电高分子的加工性能，例如提高抗拉强度和韧性。降低成本降低导电高分子的成本，同时提高材料的综合性能，例如降低电阻率和提高耐热性。缩聚型导电高分子11.聚酰胺聚酰胺是一种重要的缩聚型导电高分子，它具有良好的机械强度、热稳定性和耐化学腐蚀性。常见的导电聚酰胺包括聚对苯二甲酰胺（PPD）和聚间苯二甲酰胺（PPA）。22.聚酯聚酯也是一种重要的缩聚型导电高分子，具有良好的机械强度、耐溶剂性和耐热性。常见的导电聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）。33.聚醚聚醚是一类具有醚键的聚合物，它们通常具有良好的柔韧性和耐化学腐蚀性。常见的导电聚醚包括