导电高分子材料上.ppt

Chapter III Conductive Polymer Materials 01/38 本章主要内容 ? 导电高分子的种类 ? 导电原理 ? 导电高分子的特性 ? 导电高分子的应用 02/38 3. 1 导电高分子材料概述 03/38 3.1.1 导电的基本概念 ? 以通过电流的难易程度作为尺度对物质进行分 类，可以分为 导体 、 半导体 、 绝缘体 电源 R = V / I R 表示材料在一定电压下流过定 向电流的能力，称为 电阻 ρ ： 电阻率， 与材料几何尺寸无 关，只决定于材料的固有属性 I 电极（面积 S ） 厚度 d R = ρ （ d / S ） 04/38 电导率 σ ? σ = 1 / ρ （ S/cm ） ? 标定材料的导电性能 电 导 率 (S/cm) 10 6 10 4 10 2 1 10 -2 10 -4 10 -6 10 -8 10 -10 10 -12 10 -14 10 -16 10 -18 银、铜、铁 金 属 半 导 体 绝 缘 体 铟、锗 硅 溴化银 玻璃 金刚石 硫 石英 导 电 高 分 子 05/38 3.1.1 导电的基本概念 3.1.1 导电的基本概念 ? 载流子 材料在电场作用下能产生电流是由于介质中存在能自 由迁移的带电质点，这种 带电质点 被称为 载流子 。 常见的载流子包括： 自由电子 、 空穴 、 正负离子 ，以 及其它类型的荷电微粒。 载流子的密度是衡量材料导电能力的重要参数之一。 06/38 材料的导电类型通常根据载流子的不同进行划分： 电子导电 （载流子是 自由电子 或 空穴 ） 如：金属材料 离子导电 （载流子是 正离子 或 负离子 ） 如：电解质溶液 3.1.1 导电的基本概念 07/38 3.1.2 导电性质的类型（ P59 ） ? 电压与电流的关系 ? 温度与电导的关系 ? 电压与颜色的关系 ? 电压与辐射性的关系 ? 导电性与掺杂状态的关系 08/38 导电高分子 ? 聚合物是分子型材料，原子与原子间通过共享价电 子形成 共价键 而构成分子，共价键属于 定域键 ，价 电子只能在分子内的一定范围内自由迁移，缺少可 以长距离迁移的自由电子，因此，高分子材料属于 绝缘材料的范畴。 09/38 世界上第一种导电聚合物：掺杂聚乙炔 ? 1977 年，美国化学家 MacDiarmid ，物理学家 Heeger 和 日本化学家 Shirakawa 首次发现 掺杂碘的聚乙炔 具有 金属的特性 , 并因此获得 2000 年诺贝尔化学奖。 ? 使用 Ziggler-Natta 催化剂 AlEt 3 /Ti(OBu) 4 ,Ti 的浓度 为 3mmol/L ， Al/Ti 约为 3-4 。催化剂溶于甲苯中，冷 却到 -78 度 , 通入乙炔，可在溶液表面生成顺式的聚乙 炔薄膜。掺杂后电导率达到 10 5 S/cm 量级 10/38 研究成果于 1977 年发表在 Chem. Comm. 杂志上， 题目： 有机导电高分子的合成，聚乙炔 (CH) n 的卤化衍生物 11/38 12/38 掺杂导电高分子材料的导电机理 碘分子从聚乙炔抽取一个电子形成 I 3 － ，聚乙炔分子形成带正电 荷的自由基阳离子，在外加电场作用下双键上的电子可以非常容易 地移动，结果使双键可以成功地延着分子移动，实现其导电能力。 13/38 2000 年诺贝尔化学奖得主 美国物理学家 Heeger 美国化学家 MacDiarmid 日本化学家 Shirakawa 14/38 黑格尔（ Alan J. Heeger ， 1936 ～）小传 1936 年 12 月 22 日生于美国衣阿华州 1957 年毕业于内布拉斯加大学物理系，获物理学土学位 1961 年获加州大学伯克利分校物理博士学位。 1962 年至 1982 年任教于宾夕法尼亚大学物理系， 1