《导电高分子材料.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《导电高分子材料.pdf（4页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、2000年第4期江 西 化 工10导 电 高 分 子 材 料寇建兰(南昌市体育运动学校南昌330006)叶德胜(江西省医药学校南昌330001)摘要:导电高分子的研究是近年来形成的一个十分活跃的边缘学科领域,它对电子工业、信息工业及新技术的发展具有重大的意义。本文介绍了国内外导电高分子材料的分类、特点、应用及近年来研究发展的概况。关键词:导电高分子体积电导率超导体导电剂近几年来,导电性高分子的研究取得了长足的发展,形成了一个十分活跃的边缘学科领域,它对电子工业、信息工业及新技术的发展具有重大的意义。现有的研究成果表明,发展导电高分子不仅可以满足人们对导电材料的需要,而且由于它兼具有机高分子材料
2、的性能及半导体和金属的电性能,具有重量轻,易加工成各种复杂的形状,化学稳定性好及电阻率可在较大范围内调节等特点。此外在电子工业中的应用日趋广泛,促进了现代科学技术的发展。因此,自然引起了学术界和工业界的广泛兴趣。但1980年以前这一领域主要是理论和实验物理学家的天地。自1980年以后,大批高分子化学家、物理学家把自己的研究兴趣转入这一领域,使这一领域得到了新的推动和发展。本文仅就国内外导电高分子材料的分类、有关特点,应用及近几年来研究发展概况作一简单介绍。1分类导电高分子材料可分为复合型和结构型两类。1.1复合型导电材料,是由高分子和导电剂(导电填料)通过不同的复合工艺而构成的材料。(1)高分
3、子和导电剂的种类导电填料:(导电剂)碳如:炭黑、碳纤维、石墨金属如:金属粉、金属薄片、金属丝条、金属纤维、金属镀玻璃纤维、金属喷镀玻璃片、金属喷镀玻璃珠金属氧化物如:氧化铅、氧化锡导电基本材料:(高分子)聚乙烯(PE)、乙丙共聚物(PPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、ABC树脂聚乙基丙甲酯(PMMA)、聚氨酯、聚酯、环氧树脂、硅橡胶(2)根据不同的电阻率又分为半导体材料、防静电除静电材料、导电性材料、高导电性材料。1.2结构型导电材料:系指高分子本身的结构或经过一定的掺杂处理而具有导电功能的材料。如:共轭聚合物乙炔、金属螯合型聚合2000年第4期江 西 化 工11物聚酞菁铜及高分子
4、电荷转移合物、聚苯胺、聚对苯硫醚、聚吡咯、噻吩、聚哇啉等电子导电体。2特点及应用2.1复合型导电高分子材料由 通用的高分子材料与各种导 电 性 物质,如前述金属粉,炭黑等通过填充复合,表面复合等方式制成。主要品种有:导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂及透明导电薄膜等可用于电气零件、电子照相、电路材料、防静电材料、电磁场屏蔽、光记录和磁记录材料等。其中,导电剂的体积电阻、形状、填充量及加工工艺等,对最终制品的性能影响很少。据不同的体积电阻值进行分类,不同的电阻值范围有不同的用途。下面是有关这类导电聚合物材料的具体应用方面:2.1.1光电导聚合物的应用有机光电导体在电子照相感光
5、材料方面应用。电子照相体系:已用于办公复印机的电子照相技术是一种利用物质的静电与光电导现象的图像记录技术,它的基本方式称之为Carlsor法,大体上分两种:一是PP法(普通抵拷法)即把感光材料上形成的调色像传印到普通纸上的静电复制法,包括在感光材料表面充上静电,图像曝光形成静电潜像,用有机调色剂显影到看得见的图像,把调色像传印到纸上,定影等步骤。另一是CPC法(涂层纸贝法)它是纸本身有感光材料功能的一种电子照相方法,这种方法已用在制作印刷用的胶印板方面。电子照相法的过程与上面的静电复制法在本质上基本相同,只不过没有调色像的转印过程而已。2.1.2导电橡胶的应用它在电子仪器部件中得到迅速发展的应
6、用。如果导电硅橡胶与金属导体相比,具有 优良的加工性能,且可批量生产;柔软、耐腐蚀、低密度、高弹性;可选择的电导率范围宽;一般来说,价格便宜等特点。因此,在各种发酵用容器加温,抛物面天线的防炼,冰雪融化及防止盥洗室镜子和复印机的洁露及除湿等方面已得到广泛应用。正由于它具有保存中电阻变化小,混炼后电阻增加少,耐热、耐寒、耐气候,永久压缩形变特性等特点,现在它已经成为用量最大的导电橡胶。2.1.3导电胶粘剂的应用它在电气、电子有关的产业部门已广泛应用。如印刷线路板,键盘开关,混合式集成电路,小片粘合,电磁波屏蔽,导电涂料的实际使用。今后期待着更充实的发展。其导电机制可能是由导电粉末的点接触造成的导
7、通和体积电阻率(.cm)功能用途10710半导体材料(防静电晕纸、带腹复写用电极板、静电记录纸、家用电器、矿用电子设备仪器的外壳。)104107防静电除静电材料(静电消除器、集成电路、产品的包装、防静电传送带、软管、纤维织物、导电轮胎、复印机用滚筒、纺织用滚筒、防暴电缆、防静电地板、地毯。)102104导电材料(电路元件、弹性电极加热元件、电缆半导层。)101102电阻体、电极材料(面壮发热体、传感器电极、弹性电极、光盘、弹性电极镀层基材。)10-2100高导电性材料(导电涂料、导电胶粘剂、电磁屏蔽材料、屏蔽线、导电墨水、导电橡胶。)2000年第4期江 西 化 工12隧道效应。但是,胶粘剂本身
8、并不导通,可靠性等也有限制。因此,今后将期待着出现某些胶粘剂本身有一定导电性导电胶。2.2结构型导电高分子材料这种导电高分子材料目前仍处于研究开发阶段。目前,聚乙炔二级管已具有实用价值。利用导电聚合物研制的塑料蓄电池其重量约为铅电池的1/10,体积为其1/3,而且能量密度都提高1030倍。有一种电色材料,如引入了5,5-双羟乙基2,2-联吡啶-钌铬化合物的一种高分子化合物,当施加一定范围电压时,它的颜色也随之在桔红-紫-蓝绿-褐-铁锈-樱红等几种颜色间作周期性变化。目前,电色材料已在广告显示牌、仪器仪表显示器上应用。下面是有关导电聚合物(结构型)的具体应用方面:2.2.1透明导电膜的应用透明导
9、电膜是在透明的高分子膜表面上形成的对可见光透明的导电性薄膜,有效利用高分子膜特征的透明导电膜,除了在历来的透明导电膜玻璃的应用范围内得到应用外,还可用在电子材料等的基材,电致发光面板、液晶和透明面板、开关等电板材料,指示计检测仪器窗口的防静电和电磁屏蔽材料等方面已经实用,目前正集中精力进行开发薄型液晶显示的透明电极,透明开关面板,三端负阻半导体器件,太阳能电池的透明电板等,估计在不久也将得到应用。2.2.2有机太阳能电池材料方面的应用为制得转换效率高的有机太阳能电池,就要求半导体材料具有如下特性:i)吸收太阳光(可见光)的效率高;ii)吸收光后生成载流子的效率高;iii)载流子寿命长,迁移率大
10、;iv)体电阻值不大。但这有机光电导体材料的有机太阳能电池还只是在开发之中,与无机光电导体相比,有机光电导体一般都具有阻值高,稳定性(耐用性)差等缺点,但它有便宜,可大量生产,器件制造简单而大面积化,可选择吸收太阳光的物质等优点,因此,有希望成为太阳能电池和材料。2.2.3导电聚合物中导电膜的应用聚乙烯用于二次电池的电极材料及太阳能电池材料,结构元件,电磁波屏蔽材料,电致变色材料方面的应用也正在开发之中。它作为电池电极材料具下述优点:i)在电解液中聚乙炔不溶解;ii)它是多孔性的物质,比表面在50cm3.g-1以上,离子易扩散;iii)它本身是导电体;iv)电位高,另外还存在有机物特有的耐久性
11、问题,还有,电压高就意味着必须要找到在高压下稳定的有机溶剂,不过,若这些问题获得解决,那么,具有合成高分子的易生产加工成膜和可挠曲等特点的轻易、小型、高比能量的二次电池就有可能实现商品化。2.2.4透明导电性电磁波屏蔽膜由于近代科学的飞速发展,我们周围的电子仪器产品几乎都是用大规模和超大规模集成电路制成的,如用在计算机,磁带录相机音响产品,家用电器,文字处理机等电子仪器和电气设备中。因所用的电流都是微电流,故易被外界电磁波干扰造成的错误动作,图像障碍等故障。最近作为一种塑料壳屏蔽方法,电磁波屏蔽塑料膜已引起人们的注意,在不久的将来对于它的成型技术、性质、耐久性、电磁波屏蔽特性甚至成本等都是今后
12、必须研究的问题。31991年以来导电聚合物的研究主要在以下三个方面发展3.1合成新导电聚合物由聚乙炔后相继发现聚对苯、聚对苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩、聚哇啉等共轭性聚合物均可掺杂的形成高导,另一方面发现了大批新的掺杂剂,目前已达200余种,其中常用40余种。此外掺杂方法,也从初期的气相掺杂发展到液相,光化学掺杂等。特别是1979年首次报道了聚乙炔的电化学掺杂,从而引起了2000年第4期江 西 化 工13导电性聚合物作为二次电池电极材料的研究。3.2结构与导电机理聚乙炔在电磁、光谱等方面,表现出一系列独特性能。理论物理学家提出孤子理论图说明了这种唯 维体系的电子结构。这一理论引起了长期的理论上和实验
13、上的导论,并推动了对这一体系的深入了解,最近几年随着具有非简单基态的聚吡咯、噻吩等体系的研究,又进一步提出了双极化合态的理论,丰富了人们在这一方面认识。3.3应用研究导电聚合物的研究从一开始就有很明确的应用目的,尽管人们目前对具最终有多大的前景还有不同的看法。乐观的看法认为有机导电性聚合物,将来有可能代替金属作为电子缆材料甚至发展到有机聚合物超导体,而另一种看法认为它不大可能代替传统的金属,但有可能应用研究进行较多的有:作为二次电池的电极材料、太阳能电池、电致变色材料等,并取得了一定的进展。3.4展望综上所述,近年来导电聚合物研究取得了长足的进展,人们开发了一系列的具有优异性能的导电聚合物,对
14、这类唯 维体系的电子行为有了更深入的了解。今后这一领域的发展将主要沿下列几个方面发展:(1)合成具有高导电率及在空气中长期稳定的导电聚合物,其中特别值得重视的是可加工的非电荷转移(单组分)结构型导电聚合物的研究。(2)有机聚合物超导体的研究。(3)对有机材料电子性能的研究另一重要目标是开发出具有无机材料不可代替的新一代功能材料。总之,十余年来,导电聚合物的研究使人们对有机固体的电子过程了解有了较大的进展。今后,人们将在此基础上向各有机电子材料的各个领域开展新的进军,为在本世纪末或下世纪初实现更高密度的信息处理材料,更高效率的能量转换和传递材料而努力。Electroconductive Poly
15、mer MaterialK ou Jianlan(Nanchang Sports School,Nanchang,330006)Y e Desheng(Jiangxi Medicine School,Nanchang,330001)Abstract:Research on electroconductive polymer is one of the most brist peripheral subjects in sci2ence,which,formed and developed in recent years,plays a very important role in the de
16、velopment ofelectronics industry,information industry and new technology.This paper summerized the recent developmentof the classification,characteristic,application and research of the electroconductive polymer materials in thew orld.Keywords:Electroconductivepolymer,volume electroconductivity,superconductor,electroconductiveagent.