导电高分子材料综述

课题名称：导电高分子材料的研究进展及发展趋势检索主题词：导电高分子材料检索工具：万方数据知识服务平台检索途径及步骤：登录学校图书馆网站，从“中文资源”分类中找到“万方数据资源（主网站）”，选择“高级检索”，规定好想要检索的文献类型，出版时间，主题等进行检索。导电高分子材料的研究进展及发展趋势综述高材12082012012247曹凯摘要：介绍了导电高分子材料的类型，分析了导电材料的导电机理，对其在实际中的应用进行了研究和总结，并且在此基础上展望了导电高分子材料的未来发展趋势。关键词：导电；高分子材料；机理；应用；发展引言：近年来,导电高分子的研究取得了较大的进展,科学家对其合成、结构、导电机理、性能、应用等方面经过多年的研究,已成为一门相对独立的学科。按导电性质的不同，导电高分子材料分为复合型和结构型两种。前者是利用向高分子材料中加人各种导电填料来实现导电，而后者是通过改变高分子结构来实现导电。在社会的发展中，需要这种材料的地方有很多，这也使得对进行加工和应用的研究受到了人们着重地关注。1导电高分子材料分类按照材料的结构与组成，可将导电高分子材料分为两大类。一类是复合型导电高分子材料，另一类是结构型（或本征型）导电高分子材料。1.1复合型导电高分子材料复合型导电高分子材料是将各种导电性物质以不同的方式和加工工艺（如分散聚合、层积复合、形成表面电膜等）填充到聚合物基体中而构成的材料。几乎所有的聚合物都可制成复合型导电高分子材料。其一般的制备方法是填充高效导电粒子或导电纤维，如填充各类金属粉末、金属化玻璃纤维、碳纤维、铝纤维、不锈钢纤维及锰、镍、铬、镁等金属纤维。复合型导电高分子材料在技术上比结构型导电高分子材料具有更加成熟的优势，用量最大最为普及的是炭黑填充型和金属填充型。1.2结构型导电高分子材料结构型（又称作本征型）导电高分子是指那些高分子材料本身或经过掺杂后具有导电功能的聚合物。这种高分子材料本身具有“固有”的导电性，由其结构提供导电载流子，一旦经掺杂后，电导率可大幅度提高，甚至可达到金属的导电水平。从导电时载流子的种类来看，结构型导电高分子材料又被分为离子型和电子型两类。离子型导电高分子通常又称为高分子固体电解质，它们导电时的载流子主要是离子。电子型导电高分子指的是以共轭高分子为主体的导电高分子材料。导电时的载流子是电子（或空穴），这类材料是目前世界导电高分子中研究开发的重点。2电高分子材料的导电机理2.1复合型高分子材料导电机理复合型导电高分子材料导电性主要取决于填料的分散状态”J。根据渗流理论，原来孤立分散的填料微粒在体积分散达到某一临界含量以后，就会形成连续的导电通路。这时离子处于两种状态，一是离子问发生物理接触，电荷载流子可在连续的导体内流动；二是离子间有粘接剂薄层存在，以致载流子本身被激活而运动。复合型导电高分子材料实际上需要的既不是填料分而不开的集团状分布，也不是粒子被牯接剂严密包裹呈互相孤立隔离的分布，而应该是既能一定程度的分散又能形成网络的分布。材料成分起决定性作用。另外填料粒子的分散状态及其与聚合物基体的相互作用也决定丁复合材料的导电性。只有填料粒子能较好地分散，卫能形成三维网状结构或蜂窝状结构时，材料才能具有良好的导电性。2.2结构型高分子材料导电机理其导电机理主要是通过聚合物分子中的电子盯域(结构中带有共轭双键．耵键电子作为载流子)引人导电性基团或者掺杂一些其它物质通过电荷变换形成导电性。3应用导电高分子材料具有易成型、质量轻、柔软、耐腐蚀、低密度、高弹性,具有优良的加工性能,可选择的电导率范围宽,结构易变和半导体特性,且价格便宜等特点。导电聚合物不仅在国民经济、工业生产、科学实验和日常生活等领域具有极大的应用价值,而且孕育的巨大潜在商机已使许多企业家将目光聚焦于导电高分子产品的开发和应用研究上。3.1显示材料电解合成的导电高分子材料在电化学掺杂时会伴随着颜色的变化，利用这一特性可以将其用作变色器材。这一类导电高分子能够进行电化学脱掺杂和再掺杂，并且发生还原可逆的电化学反应，通过电化学掺杂可以使导电高分子材料变为绝缘体，氧化掺杂又可以使其变为导体，并且材料的导电性会随着掺杂与脱掺杂的程度不同而相应变化。通过对施加电量的控制就可以使导电高分子材料在导体、半导体和绝缘体之间变化，并且随着导电度的变化，导电高分子材料的光学特性也会随之变化，根据这个特性，可以将导电高分子材料用作显示材料。这类变色功能高分子材料还可以作为节能玻璃窗的涂层，在炎热的夏天它会阻止太阳能热辐射到室内和汽车内，保持内部的凉爽舒适。此外，这类材料还在显示元件、仪器仪表等方面有广泛的应用。3.2电池如前所述，导电高分子具有可逆的电化学氧化还原特性，而且还有相对密度小、室温电导率大和比表面积较大等特点，所以它可以作为电池极好的电极材料。比如聚吡咯有较高的掺杂程度和较强的稳定眭，并且对电信息的变化也十分敏感，例如在传统的纺织物上涂上聚吡咯；就可以使其变成导电体。用导电高分子材料做成的二次电池具有易生产加工成膜、可绕曲、小型轻便、能量高等特点，如果解决了有机物的耐久性和高压下有机溶剂的稳定性问题，那么以导电高分子材料为基础的二次电池就有可能实现商品化。3.3导体将金属粉、炭黑等导体粉末与高分子材料经过填充复合、表面复合等方式进行合成，就可制成具有导电性的高分子材料。经复合合成的导电高分子材料与传统金属导体相比具有如下优点：加工性能强，适于更多场合的应用；耐腐蚀、弹性高、密度低；电导率可调节，使用范围相对更广，方便实际应用；适于批量生产，价格便宜。导电高分子作为超级电容器电极拥有很多优点，例如柔韧性好、电导性高、易加工而且可被制成薄膜。很多导电高分子材料显示出高比容量和电容，并且可以在—个高相对速度下传递能量，但是作为超级电容器电极的主要战最就是循环使用寿命短。3.4药物释放导电高聚物的掺杂和脱杂过程实际上是—个对阴离子嵌入和脱嵌入过程，离子电疗法是借助电化学过程来驱动药物通过皮肤而进人体内，利用这两点就可以制作一种含药物的导电高分子电池，接通电流的时候药物就能释放出来，并通过皮肤而进^血液。聚毗咯是在这方面研究最早也是应用最广泛的一种导电高分子。3.5电磁屏蔽材料传统的电磁屏蔽材料多为铜,随着各种商用和家用的电子产品数量的迅速增加,电磁波干扰已成为一种新的社会公害。对计算机房、手机、电视机、电脑和心脏起博器等电子仪器、设备进行电磁屏蔽是极为重要的。直接使用混有导电高分子材料的塑料做外壳,因其成形与屏蔽一体较其他方法更为方便,而导电聚合物具有防静电的特性,因此它也可以用于电磁屏蔽,而且其成本低,不消耗资源,任意面积都可方便使用,因此导电高分子是非常理想的电磁屏蔽材料替代品,利用这一特性,人们已经研制出了保护用户免受电磁辐射的电脑屏保。这方面聚苯胺被认为是电磁干扰屏蔽最有希望的新材料,也是制造气体分子膜的理想材料。4导电高分子材料发展趋势高分子材料替代金属材料是今后材料学科领域的发展趋势，由此带来导电性高分子的市场需求也将日益增长，其应用领域也会逐步扩大，这就必然对导电性高分子提出更高的要求。4.1解决导电高聚物的加工性和稳定性。现有的导电高分子聚合物多数不能同时满足高导电性、稳定性和易加工性。合成可溶性导电高聚物是实现可加工性和研究结构与性能的有效途径。4.2自掺杂或不掺杂导电高分子。掺杂剂不稳定或聚合物脱杂往往影响聚合物的导电性。因此，合成自掺杂或不掺杂导电高分子可以解决聚合物稳定性问题。4.3在分子水平研究和应用导电高聚物。开发新的电子材料和相应的元件已引起各国科技工作者的重视。如果技术上能很好地解决导电高分子的加工性并满足绿色化学的要求，使其实现导电高分子实用化，必将对传统电子材料带来一场新的技术革命。4.4结构型导电高分子材料主要的开发应用方向是大功率蓄电池、微波吸收材料、太阳能电池、新型感光材料。4.5复合型导电高分子材料是目前开发应用的重点，主要集中在抗静电材料和电磁屏蔽产品。5结语高分子合成材料被广泛地应用于生产与生活之中，在现代技术发展与科技进步的要求下，导电高分子材料的应用也得到了普遍的应用。社会的发展需要新型材料的不断支持，同时也需要对现有材料进行更加深入和完善的研究。而且随着现代科技的速发展，这种新型材料的需求量也会越来越大，因此，对导电高分子材料进行继续研究，使其能够充分利用到实际的生产和生活中是非常重要的。参考文献1.袁玫；导电高分子材料的发展现状及未来发展趋势；民营科技2014年第3期2.崔志勇汪海澎孙长亮；导电高分子材料的研究与应用现状；中国科技纵横2010(14)3.于海涛；导电高分子材料在智能隐身技术中的应用；上海涂料2010第48卷第2期4.张学勇李斌付朝阳刘坤；复合型导电高分子材料的电阻一温度效应；材料导报2013年11月第27卷专辑225.杨逢时张琼李国斌苏毅；复合型导电高分子材料的研究进展；化工新型材料2013年第41卷6.胡婷婷代坤郑国强；复合型导电高分子材料的液体敏感行为研究进展；《上海塑料》2012年第3期(总第159期)7.杨鸿昌李志刚；结构型导电高分子材料现状及发展趋势；广东化工2010年第5期8.宋固全陈忠良陈煜国；有效介质理论在复合型导电高分子材料研究中的应用；化工新型材料2013,41(11)9.杨永芳刘敏江；导电高分子材料研究进展；工程塑料应用2002,30(7)10.张凯曾敏雷毅江潞霞；导电高分子材料的进展；化工新型材料2002,30(7)