导电高分子材料的应用.pdf

《导电高分子材料的应用.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《导电高分子材料的应用.pdf（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、导电高分子材料的应用韩延辉黄丽徐定字北京化工大学,本文介绍了导电高分子材料在电池电机、电解沉淀、电容器、全固电池、传感器以及电致变色等方面的应用。,一,琳,。自年发现白川法制备聚乙炔膜用电子受体掺杂,电导率可升高约个数量级,最高可接近,达到 了金属的电导率幻。导 电高分子材料以其易于成型加工、曲挠性好、耐腐蚀、质量轻等优点,越来越受到重视。近年来,不仅从事材料研究的工作方兴未艾,导电高分子材料的应用研究也取得了长足的进展。导电高分子材料可分为结构型和复合型两大类。结构型导 电高分子材料是高分子本身的结构或经过一定的掺杂处理后,具有导电功能的材料,如聚乙炔、聚苯乙炔、聚苯胺、聚毗咯、聚对苯硫醚等

2、均属结构型导电高分子材料。复合型导 电高分子材料,是 由高分子基质和导电剂通过不 同的复合工艺构成的材料。导电填料有炭黑、碳纤维、金属粉、薄片、丝、纤维,金属镀层的玻璃片、珠、纤维以及金属氟化物等。而基体材料较常用的有聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、树脂、环氧树脂、聚氨醋、硅橡胶等即。导电高分子材料的研究从其一开始应用,目的就十分明确。但人们对其发展前景还有些不同的看法一种看法认为,导电高分子材料将来可能代替金属作为电缆料,甚一一塑料至发展到有机聚合物超导体而另一种看法则认为,它不大可能代替传统的金属,但可以利用它的一些性能在某些方面得到应用。目前应用研究较多的有作为二次 电池的电极材料,作为固体

3、电解质材料用于电池、电容器器件、电致变色材料、离子传感器,另外在光 电池、抗静电、屏蔽、电磁波吸收、太阳能材料方面也有着广泛的应用。导电高分子材料的应用有以下几方面作为电极材料的应用导电高分子材料的应用研究中,目前最热门的就是用作电极材料,尤以二次电池的电极材料应用研究最为广泛,而且两电极都采用导 电高分子材料的应用也已问世。早在八十年代初,就有人用掺杂的聚乙炔作为蓄 电池的电极。如以型掺杂聚乙炔为阳极,金属锉为阴极,碳酸丙烯醋为溶剂,为 电解质构成的蓄电池,其中电池电压为,能量密度为,最大功率密度为,。型掺杂聚乙炔作阳极,型掺杂聚乙炔作阴极构成的全塑蓄电池,上述各项技术指标分别为。常用的铅酸

4、蓄电池,的相应指标为,。可见,聚乙炔蓄 电池的功率密度比铅 酸蓄 电池 的大一倍,。近年来,很多其它的导电高分子 材料 也用 于电极材 料,比如聚苯胺,聚毗咯等。在以聚苯胺为电极的电池中,电池的最大放 电量可达,能量密度,在一的 电压间以,的电流充放电次后,其库仑效率仍接近们。在以为 电极,一为电解质 的 电池中,开路 电压为,放电量为,充放电效率为。当以一为电解质时,上面三项技术指标分别为。同样以一为电解质,以为电极时,开路电压仍可达,可见都用作电极 的二次 电池是很有前景的。关于碳纤维作阳极的二次 电池研究很多,用各种碳纤维作为电极,并用不 同的电解质以提高电池的充放 电容量,结果表明,用

5、活性碳纤维作为二次电池的阳极是较成功的一例。这种是在一的高温下,在气氛中处理的。结果在水溶液电池中,其最大放电量可达,在室温下,充电后放置一个月,电池 残余电容量为原 来的,经次充放电后,其放电量降到原来的。年,和还开发了一种新的 电极材料聚一一甲基硫芬,以其作为电池的阴极,多孔炭为阳极,以为 电解质,其中被制成一林厚的膜作为 电极插入电解质中,使其具有较大的表面积,结果表明,电池具有较高的电容量和能量密度,再充电电势可达,。总之,以导电高分子材料作电极的二次电池,具有较高的电容量和能量密度,充电效率也较高,具有很大的开发潜力,但要实际应用,其电解质及电池材料的稳定性仍是需要解决的问题。在电解

6、沉淀 中的应用用 电解沉淀的方法使一些金属沉积在物质表面,以作不 同的用途。在印刷电路的制造 中,首先在作印刷电路的基板表面镀上一层金属,一般是铜,这就需要用 电解沉淀的方法。而在以往的制作工艺中,需要底层上有催化剂,而且总要用一些有毒的化学试剂,尤其是在无电极铜沉淀的过程中,还需要许多贵重金属作为催化剂。采用聚毗咯作为预涂层,涂在印刷 电路板的基板上的,然后利用其导电性进行金属的电解沉淀,能避免上述问题。无毒,加工简单,附着性好,沉淀在聚 毗咯涂层上的金属层的剥离强度较好,能满足应用要求,而且很重要的一点,在这个加工过程中能够实现穿孔 电镀。如上所述,以聚毗咯膜作为基质,可实现金属电解沉淀,

7、一等人,利用聚毗咯膜,采用一定的控制技术,使金属沉淀物非常薄,这样就为用电子衍射和透射 电子显微镜对金属电解沉淀进行表征提供了条件,同样也使我们能够观察和鉴别单独的微晶和非晶粒子,而这是用其它方法很难达到的。因此,导电高分子材料用于金属电解沉淀是有重大意义的。在电容器上的应用在导电高分子材料中占有很重要地位的一类材料是高分子 电解质。在两 电极间充以高分子固体电解质,并施加一低于电极和电解质分解 电位的直流电压时,离子将会移向一端电极,而使 电极与电解质介面间形成一个双 电层。这种双电层的容量很大,可用于制作高容量的电容器。等人。用接枝一与季铰盐的混合物作为电偶 电容器的电解质,以活性碳纤维布

8、为电极,其 中活性碳纤维布重,表面积,季钱盐浓度“,所制成的电容器内径,两 电极间塑料一一距。实验表明,混合物的电解质具有较高的离子电导率,室温下可达一,而制成的电偶电容器具有较好的充放电性,且静电能很大,最大电容量可达每个电极,这与一般的液体型电偶电容器的容量相当。在全固电池上的应 用过去的电池中,通常使用的都是液 态电解质,电池普遍存在着漏液,长期稳定性差,易受工作环境限制,使用不便等问题。而用高分子固态电解质取代电解质溶液,则 上述问题就得到解决。同时,因为高分子 电解质薄膜可以起到电极间隔膜的作用,并且可做成厚度为拼级的薄膜,所以使 电池的重量大大减轻,提高了电池的能量密度,而且通过

9、电池迭层化还可以提高 电压。例如 顾庆超等“以聚乙二醇型聚醚氨醋脉一复合物为薄膜电解质,箔为负极,、聚四氟乙烯和石 墨的复合物为正极,试制了全固态铿蓄电池,其工作温度可在室温以上,开路 电压达,面积达,循环次数在次以上。总之,在薄膜二次电池方面的应用,目前仍认为是高分子固态电解质的最重要的用途。在传感器方面的应用在固体电解质中有许多材料对离子的透过具有选择性,因此可以在高分子固态电解质薄膜两侧造成某种特定离子的浓度差,通过测定由此而产生的电动势,就能将高分子固体电解质用作离子传感材料。目前,已有用多嵌段聚醚氨醋脉与氯化钾的复合物制成了一种高分子固态离子导体涂丝氯离子的选择电极。这种 电极既保持

10、了涂丝 电极的优点,同时具有不必活化、响应速度快、重现性好、内阻小、稳定性好等优点。在电致变 色方面的应用电致变色是指物质在外加电压作用下,发生电化学氧化还原而使其颜色改变的过一一塑料程。例如,用含有普鲁士蓝的聚乙烯胺在电极表面形成薄膜后,它可在不同电压下发生色彩变化,白,令一蓝,节盆,绿。利用电致变色机理,可将高分子导电材料用于电致变色 显示器、自动调光窗玻璃等。在其它方面的应用除上面提到的应用以外,导电高分子材料在其它方面仍有许多应用如高分子固态电解质用于光 电池们将聚合物掺合一定体积比的导电粒子而制成的聚合物复合型材料 广泛用于电路保护元件及 自限温型 加热器,表面导电塑料和填充导电塑料

11、而制成的屏蔽元件用于电子设备仪器的屏蔽及抗电磁波干扰,等等。总之,在过去的十几年里,有关导电高分子材料性能的研究蓬勃发展,一些新的、高性能的材料相继间世。近年来,许多科学工作者已把注意力转到了导电高分子材料的应用研究中来,并已取得很多成果。但是,目前导电高分子材料的应用还很不普遍,许多方面还远远没有应用到实际生产、生活中来,原因是导电高分子材料仍存在许多问题,如 电导率较低,使用温度范 围窄,不耐高温,使用寿命较短,有些材料成本较高,在一些应用中机械性能达不到要求,稳定性不尽如人意等都有待今后进一步研究解决。目前,科学工作者已开始在这些方面进行研究工作,如,等人已开始研究可在的温度下工作的高分

12、子 电解质。因而,导电高分子材料的应用将会越来越广,它为人们的生产和生活增添新的色彩。参考文献,下转页使木质素变成稳定的化学惰性物质。科学家发现,朽木上 生长的 白霉能分解木质素。这个过程借助一种特殊酶一木质素酶来进行。酶切断酚团之间的化学键,把木质素分解成单个酚团,为利用木质素生产塑料创造了条件。译自,任东带有色彩的导电性塑料材料导电性塑料材料一般应用于制作半导性材料、消除静电、电镀等方面。过去,低 电阻导电性塑料是 由添加炭黑、金属等材料而成。成形产品呈黑色,其用途受到一定的限制。日本大日精化工工业公司最近研制成一种以聚丙烯为基础材料,带有色彩的导电性塑料。产品有种颜色,最适合于注射成型,

13、现已投放市场。这种新产品的导电率为护。,电阻 比较小,也可用于挤出成型和压制成型,进一步扩大了其产品的用途。译自日本 塑料新报,任东随温度变化而改变色彩的塑料薄膜美国韦里一勒脱公司研制 成一种 称为“”的塑料薄膜,它 能通过改变色彩而指示出温度。它能从低温时的红色经过整个光谱改变到高温时的紫色。手指触及一下,就能将塑料薄膜改变成蓝色。这种塑料薄膜由微小的球状体组成,晶体隔绝在塑料薄膜内,并粘结在聚脂基膜上。现已有毫米宽的塑料薄膜片或塑料薄膜卷供应,它可以剪成任何形状。薄膜能对的热变化作 出响应,其标准温度范围内有档,一间的温度增量为,任选温度范围可低达。此种新塑料薄膜可贴到容器 的侧壁上,以指示出液体的温度。采用此种塑料薄膜还能显示出印刷电路的热点和测定导电板的热分布。译 自美国世界工业通报,张肇富上接页王德禧,陈赛路等,高分子通报,即,耐,”,比,肋”,口,肚,址,仁如,比,一,扭,加,顾庆超等,功能材料,周宅忠,功能材料,梅庆祥,材料导报,阮一一一,本文编辑一习刁习月任,工,广广 汽七了,且,一一一塑料一一