导电高分子材料讲座精选PPT.ppt
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1、导电高分子材料讲座第1页,此课件共24页哦2000年诺贝尔化学奖得主年诺贝尔化学奖得主美国物理学家美国物理学家美国物理学家美国物理学家HeegerHeeger 美国化学家美国化学家美国化学家美国化学家MacDiarmidMacDiarmid 日本化学家日本化学家日本化学家日本化学家ShirakawaShirakawa 第2页,此课件共24页哦世界上第一种导电聚合物:掺杂聚乙炔世界上第一种导电聚合物:掺杂聚乙炔19771977年,美国化学家年,美国化学家年,美国化学家年,美国化学家MacDiarmidMacDiarmid,物理学家,物理学家,物理学家,物理学家HeegerHeeger和日本化学家
2、和日本化学家和日本化学家和日本化学家ShirakawaShirakawa首次发现掺杂碘的聚乙炔首次发现掺杂碘的聚乙炔首次发现掺杂碘的聚乙炔首次发现掺杂碘的聚乙炔具有金属的特性具有金属的特性具有金属的特性具有金属的特性 。并因此获得。并因此获得。并因此获得。并因此获得20002000年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖使用使用使用使用ZigglerZigglerNattaNatta催化剂催化剂催化剂催化剂AlEtAlEt3 3/Ti(OBu)/Ti(OBu)4 4,Ti,Ti的浓度的浓度的浓度的浓度为为为为3mmol/L3mmol/L,Al/TiAl/Ti约为约为约为约为3
3、34 4。催化剂溶于甲苯中,冷。催化剂溶于甲苯中,冷。催化剂溶于甲苯中,冷。催化剂溶于甲苯中,冷却到却到却到却到-78-78度度度度,通入乙炔,可在溶液表面生成顺式的聚乙炔通入乙炔,可在溶液表面生成顺式的聚乙炔通入乙炔,可在溶液表面生成顺式的聚乙炔通入乙炔,可在溶液表面生成顺式的聚乙炔薄膜。掺杂后电导率达到薄膜。掺杂后电导率达到薄膜。掺杂后电导率达到薄膜。掺杂后电导率达到10105 5S/cmS/cm量级量级量级量级 第3页,此课件共24页哦导电聚合物是由具有共轭导电聚合物是由具有共轭键的聚合物经过键的聚合物经过化学或电化学的掺杂而形成的化学或电化学的掺杂而形成的导电聚合物除了具有高分子聚合物
4、的一般的导电聚合物除了具有高分子聚合物的一般的结构特点外还含有一价的对阴离子(结构特点外还含有一价的对阴离子(P型掺型掺杂)或对阳离子(杂)或对阳离子(N型掺杂)型掺杂)导电聚合物最引人注目的一个特点是其电导导电聚合物最引人注目的一个特点是其电导率可以在绝缘体率可以在绝缘体半导体半导体金属态金属态(10-9到到105s/cm)较宽的范围里变化。这)较宽的范围里变化。这是目前其他材料所无法比拟的是目前其他材料所无法比拟的第4页,此课件共24页哦导电高分子的主要类型:导电高分子的主要类型:除了最早的聚乙炔(除了最早的聚乙炔(PA)外,主要有聚吡)外,主要有聚吡咯咯(PPY)、聚噻吩、聚噻吩(PTH
5、)、聚对苯乙烯、聚对苯乙烯(PPV)、聚苯胺、聚苯胺(PANI)以及他们的衍生物以及他们的衍生物其中聚苯胺结构多样、掺杂机制独特、稳定其中聚苯胺结构多样、掺杂机制独特、稳定性高技术应用前景广泛,在目前的研究中性高技术应用前景广泛,在目前的研究中备受重视备受重视其中聚乙炔的所能达到的电导率在已发现的其中聚乙炔的所能达到的电导率在已发现的导电聚合物中是最高的,达到了导电聚合物中是最高的,达到了105S/cm量级,接近量级,接近Pt和和Fe的室温电导率的室温电导率 第5页,此课件共24页哦第6页,此课件共24页哦什么是导电高分子的掺杂呢?什么是导电高分子的掺杂呢?纯净的导电聚合物本身并不导电,必须经
6、过掺杂才纯净的导电聚合物本身并不导电,必须经过掺杂才纯净的导电聚合物本身并不导电,必须经过掺杂才纯净的导电聚合物本身并不导电,必须经过掺杂才具备导电性具备导电性具备导电性具备导电性 掺杂是将部分电子从聚合物分子链中迁移出来从而掺杂是将部分电子从聚合物分子链中迁移出来从而掺杂是将部分电子从聚合物分子链中迁移出来从而掺杂是将部分电子从聚合物分子链中迁移出来从而使得电导率由绝缘体级别跃迁至导体级别的一种处使得电导率由绝缘体级别跃迁至导体级别的一种处使得电导率由绝缘体级别跃迁至导体级别的一种处使得电导率由绝缘体级别跃迁至导体级别的一种处理过程理过程理过程理过程导电聚合物的掺杂与无机半导体的掺杂完全不导
7、电聚合物的掺杂与无机半导体的掺杂完全不同同第7页,此课件共24页哦导电高分子的掺杂与无机半导体的掺杂的对比导电高分子的掺杂与无机半导体的掺杂的对比无机半导体中的掺杂导电高分子中的掺杂本质是原子的替代本质是原子的替代 是一种氧化还原过程是一种氧化还原过程掺杂量极低(万分之几)掺杂量极低(万分之几)掺杂量一般在百分之几到掺杂量一般在百分之几到百分之几十之间百分之几十之间 掺杂剂在半导体中参与导电掺杂剂在半导体中参与导电 只起到对离子的作用,不只起到对离子的作用,不参与导电参与导电 没有脱掺杂过程没有脱掺杂过程 掺杂过程是完全可逆的掺杂过程是完全可逆的 第8页,此课件共24页哦目前掺杂的方式主要有两
8、种目前掺杂的方式主要有两种:氧化还原掺杂氧化还原掺杂氧化还原掺杂氧化还原掺杂 :可通过化学或电化学手段来实现:可通过化学或电化学手段来实现:可通过化学或电化学手段来实现:可通过化学或电化学手段来实现 。化。化。化。化学掺杂会受到磁场的影响学掺杂会受到磁场的影响学掺杂会受到磁场的影响学掺杂会受到磁场的影响 遗憾的是目前为止还没有发现外加磁场对聚合物的遗憾的是目前为止还没有发现外加磁场对聚合物的遗憾的是目前为止还没有发现外加磁场对聚合物的遗憾的是目前为止还没有发现外加磁场对聚合物的室温电导率有明显的影响室温电导率有明显的影响室温电导率有明显的影响室温电导率有明显的影响质子酸掺杂质子酸掺杂质子酸掺杂
9、质子酸掺杂 :一般通过化学反应来完成,近年发现也可:一般通过化学反应来完成,近年发现也可:一般通过化学反应来完成,近年发现也可:一般通过化学反应来完成,近年发现也可通过光诱导施放质子的方法来完成通过光诱导施放质子的方法来完成通过光诱导施放质子的方法来完成通过光诱导施放质子的方法来完成 还有掺杂还有掺杂还有掺杂还有掺杂脱掺杂脱掺杂脱掺杂脱掺杂再掺杂的反复处理方法,这种掺杂再掺杂的反复处理方法,这种掺杂再掺杂的反复处理方法,这种掺杂再掺杂的反复处理方法,这种掺杂方法可以得到比一般方法更高的电导率和聚合物稳定性方法可以得到比一般方法更高的电导率和聚合物稳定性方法可以得到比一般方法更高的电导率和聚合物
10、稳定性方法可以得到比一般方法更高的电导率和聚合物稳定性 第9页,此课件共24页哦聚合物的掺杂过程直接影响导电聚聚合物的掺杂过程直接影响导电聚合物导电能力,掺杂方法和条件的合物导电能力,掺杂方法和条件的不同直接影响到导电聚合物的物理不同直接影响到导电聚合物的物理化学性能化学性能第10页,此课件共24页哦导电高分子的导电机理导电高分子的导电机理载流子是由孤立子、极化子、双极化子等自载流子是由孤立子、极化子、双极化子等自由基离子构成的由基离子构成的 极化子和孤立子的存在和跃迁使高分子链具极化子和孤立子的存在和跃迁使高分子链具有了导电性有了导电性 第11页,此课件共24页哦最新研究进展和发展趋势最新研
11、究进展和发展趋势高导电性导电聚合物高导电性导电聚合物高强度导电高分子高强度导电高分子可溶性导电高分子可溶性导电高分子分子导电分子导电自掺杂或不掺杂导电聚合物、复合型聚合自掺杂或不掺杂导电聚合物、复合型聚合物、光电磁多功能聚合物等物、光电磁多功能聚合物等 第12页,此课件共24页哦高导电性导电聚合物高导电性导电聚合物目前为止发现的导电高分子仍属于半导体的范畴,而目前为止发现的导电高分子仍属于半导体的范畴,而目前为止发现的导电高分子仍属于半导体的范畴,而目前为止发现的导电高分子仍属于半导体的范畴,而未能到到真正的金属态未能到到真正的金属态未能到到真正的金属态未能到到真正的金属态具有低能带能隙的导电
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