导电高分子材料研究现状及发展趋势.docx

维普资讯 http:// www.cqv 1 第 7 卷第 1 期 1 993 年 6 月 衡阳工学院学报 JOURNAL OF HENGYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY Vol. 7 沁 1 Jun. 1993 @ i,--S- 飞电高分子材料研究现状及发展趋势 ．｀－－（基庄课鄙）f)b J l ),,, ． ｀－－（基庄课鄙） f)b J l ),,, 摘要 本文综述了导电高分子材料种类、导电机制以及当前的发雇趋势． 关键词z 导电聚合物，导 屯材料· -_ 引 言 长期以来，高分子物质充当电绝缘材料巳众所周知，而作为导电材料的高分子物质的研究历史却非常短．导电高分子材料是当今各国一个活跃的研究热点，愈来愈受到物理学、化学、材料科学工作者的普遍关注，有关报导逐年增多．作为一门边缘学科，其研究需要物理学、化学、材料科学、电子学等学科工作者的紧密配合．无论是导电高分子材料的基础理论、 合成方法及应用都有许多课题等待人们去探索． 导电高分子材料的种类 1- l 结构型导电高分子材料 此种材料指高分子物质本身或经化学、电解、离子注入等许多方法掺杂后具有导电功能的聚合物，具有单相组织．纯净高分子物质本身导电的，目前只有聚氮化硫，其余都是掺杂导电的不导电的高分子物质在掺杂后，电导率可提高十儿个数量级，有的甚至接近铜．目 前研究较多的导电高分子材料有聚乙快、聚苯胺、聚毗咯．聚嗟吩、聚对苯撑、聚苯硫谜及它们的某些衍生物，掺杂剂有瑛、氛化物和碱金属盐等． 某些高分子物质如酚磋树脂、聚酰亚胺、聚丙烯猜等经高温热处理分解后可由绝缘体变成导体 2 复合型导电高分子材料 分散复合型导电高分子材料 这种材料是在通常树脂中掺入导电填料、采用一定成型方法而制得的，具有机械混合多相组织．基体树脂如聚烯经、有机硅、聚丙烯酸酣，填料如金属粉、金属 纤维、金属盐、碳黑等导电物质，可制成导电 塑料、导电橡胶、导电涂料等． 本文于 r 99 生年9 月 23 日 收到 维普资讯 http://WW第？ 卷第 1 期 周克省等，导电高分子材料研究现状及发展趋势 89 ，2) 复合导电高分子膜 在塑料基膜上锁金属膜使其具有导电性．形成导电膜的方法有真空蒸镇、溅射和离子电镇等方法．这种复合导电膜具有透明性、可挠性、使制件薄型化、轻 量化等优点，在电子仪表工业上有应用．导电膜还可与塑料膜多层相间复合．用电解法在塑料膜上沉积结构型导电高分子物质（如聚毗咯等）膜层，形成复合材料以改善物理性能，是近年来研究较多的方面. [1-t] ， n. n. l 复合型导电高分子材料的导电机制 关于导电填料／高分子复合材料的导电机制，目前主要有“导电网络w {5J 和“隧道效应””“ 两种观点前者认为材料中的导电相相互直接接触在基体中形成导电网络，从而使电子导通； 后者认为分散于基体中导电相“岛“间有电子迁移，形成隧道电流，用量子力学加以解释．后 一种机制与岛状结构的非连续薄膜的导电机理相似，导电相“岛”间可通过热电子发射过程 和激活隧道过程产生电传导．实际上，”导电网络”和“隧道效应”两种机制是并存的． 2 结构型导电高分子材料的导电机制 为了解释结构型导电高分子材料的导电机制，物理学家提出了许多新的概念．（｀．“高分子 物质是准一维链状结构体系，与 三维体系不同 ．由于一维晶格的 peierls 不稳定性 与二 聚化， 即使每个原子都有价电子，也不导电．但掺杂后导电性大大提高，甚至达十几个数量级，说 明导电高分子物质中有大量载流子．实验发现，导电高分子材料中载流子特性与金属、半导 体中的电子和空穴不同．如聚乙快载流子无自旋磁矩．物理学家 W. P. Su, J. Schrieffer 和 Heegerca J提出了“孤子” 理论，认 为聚乙快中载流子是“荷电孤子”， 从而解释了一系列电磁光等实验现象孤子实际上是一种“准粒子”或“元激发气是电子－晶格相互作用组成的 复合粒子，宽度约十儿个碳原子范围．如果在一维高分子链上存在两相．在两相之间必定存 在一个过渡区（即畴壁），电子在此畴变势场中形成束缚态，这种畴壁就是孤子．孤子可带电 但无自旋． “极化子”是导电聚合物中另一种载流子，其存在更为普遍．用掺杂方法使高分子链上 注入电子、空穴，由千一维晶格的不稳定性，在外来电子（空穴）作用下，电子（空穴）周围晶格畸变，同时产生畸变势场，使电子（空穴）形成束缚态．这种电子或空穴“穿“上晶格畸变”外衣”的“复合粒子”叫极化子．大部分导电高分子物质还能形成两个电荷的极化 ， 子（叫双毅化子）．实际上极化子是孤子和反孤子形成的束缚对．在导电高分子物质中尤其是