论文资料：导电高分子材料及其应用.doc

导电高分子材料及其应用 学生姓名： 指导老师： 1．前言 长期以来,高分子材料由于具有良好的机械性能,作为结构材料得到了广泛的应用。关于电性能,人们一直只利用高分子材料的介电性,将其作为电绝缘材料使用,而它的导电性的发现,研究及开发则比较晚,直到1977年才发现了第一个导电有机聚合物———掺杂型聚乙炔(用电子受体掺杂) ,电导率可提高约12个数量级,最高可接近103S/cm ,达到金属Bi的电导率。导电高分子材料以其易于成型加工、耐腐蚀、质量轻等优点,越来越受到重视。 2．导电高分子材料的分类及性能 80年代以来，作为高分子材料发展的一个新领域，导电高分子材料的研究与开发已成为功能材料研究的一个重要方面。按导电本质的不同，导电高分子材料分复合型和结构型两种。前者是利用向高分子材料中加入各种导电填料来实现其导电能力，而后者是从改变高分子结构来实现其导电能力。 2.1 复合型导电高分子材料 复合型导电高分子材料是指经物理改性后具有导电性的材料。一般是指将导电性填料经改性后掺混于树脂中制成的。根据导电填料的不同，又可分为碳黑填充型及金属填充型。复合型材料是目前用途最广用量最大的一种复合型导电材料。 2.1.1 碳黑填充型 碳黑填充型导电材料是目前复合型导电材料中应用最广泛的一种。一是因为碳黑价格低廉、实用性强。二是因为碳黑能根据不同的导电要求有较大的选择余地。聚合物碳黑体系电阻率可在10~108W之间调整，不仅可以消除和防止静电，还可以用作面装发热体，电磁波屏蔽以及高导体电极材料等。三是导电持久稳定。其缺点是产品颜色只能是黑色而影响外观。 碳黑填充型导电机理可用导电能带、隧道效应和场致发射发射来解释。 2.1.2 金属填充型导电材料 金属填充型导电高分子材料起始于70 年代初期，开始仅限于金属粉末填充用于消除静电的场合或用于金、铁、铜粉配制导电粘合剂。目前已使用的方法有表面金属化和填充金属型两种。表面金属化即采用电镀、喷涂、粘贴等方法使塑料制品表面形成一层高导电金属。填充金属型是以聚合物为基材，以金属粉末、 金属丝、金属纤维等高导电材料为填充材料经适当混炼和成型加工后而得到的性能优异的导电材料。 银作为导电填料而制备的复合型导电材料是金属填充型导电材料的重要一种。从单一物质的导电性而言，使用银粉（或条）当然是既有效又经济的，当需要特别高的导电率时，最好选用银粉作填料，当银粉体系中含量为50% ~55%时，体系电导率约为10-4 W·cm，甚至可达5~7 W·cm。但由于银价格昂贵，使用范围非常受限。同时银粉用量常比碳黑大，因为一般情况下金属粉末不利于形成链式结构，而这样高的金属含量又常导致聚合物力学性能受损。此外，高相对密度的银粉和低相对密度的高聚物树脂也存在分散和相容的困难。 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。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，一是离子间发生物理接触，电荷载流子可在连续的导体内流动；二是离子间有粘结剂薄层存在，以致载流子本身的激活而运动。实际上需要的既不是分而不开的集团状分布，也不是粒子被粘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。材料成分起只决定性作用，填料粒子的分散状态及其与高聚物基体的相 互作用决定了复合材料的导电性。只有填料粒子既能较好地分散，又能形成三维体网状结构或蜂窝状结构时，才能具有良好的导电性。 复合型导电高分子材料具有下列特点：(1)省力、经济。成型制品和屏蔽化一次完成。(2)无需二次加工，无需特殊设备。(3)屏蔽性能长期稳定、安全可靠。 2.2 结构型导电高分子材料 　 结构型导电高分子是指高分子本身或少量掺杂后具有导电性质，一般是电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子受体或供体进行掺杂后制得的。从导电时载流子的种类来看，结构型导电高分子主要分为两类。离子型导电高分子( Ionic Conductive Polymers) ,它们导电时的载流子主要是离子。电子型导电高分子( Ionic Elect rically Conductive Polymers)，导电时的载流子主要是电子(或空穴) ,主要是指共轭高分子，结构型导电高分子的主要品种有聚乙炔( PPV)、聚苯胺( PAN)、聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PVK)。但通常,由于导电高分子的不熔性，和环境稳定性的问题，在基础研究和技术应用上受到了极大的限制。结构型导电高分子材料具有有机高分子的低密度、易加工成型的优点，又具有一定导电性的优点。 1977年发现聚乙炔的导电现象以来，在世界范围内掀起了研究和开发导电高聚物的热潮。尽管聚乙炔是最早发现的导电高分子，具有接近铜的电导率，但由于它的环境稳定性问