导电高分子及其复合材料课件.ppt

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1、导电高分子及导电导电高分子及导电高分子材料高分子材料前言前言v高分子材料一般作高分子材料一般作为绝缘材料使用材料使用 如如电线的的绝缘层等。等。v如果高分子材料能象金属一如果高分子材料能象金属一样导电，我，我们生生活将会活将会发生什么生什么变化呢？化呢？（1）用高分子材料代替金属用高分子材料代替金属电线：质量量轻，价格，价格便宜，便宜，资源广泛。源广泛。（2）可以解决生活中的很多静）可以解决生活中的很多静电吸吸尘问题（3）电磁波屏蔽磁波屏蔽.传统的的高高分分子子是是以以共共价价键相相连的的一一些些大大分分子子，组成成大大分分子子的的各各个个化化学学键是是很很稳定定的的，形形成成化化学学键的的电

2、子子不不能能移移动，分分子子中中无无很很活活泼的的孤孤对电子子或或很很活活泼的的成成键电子子，为电中中性性，所所以以高高分分子子一一直直视为绝缘材料。材料。n n为什么高分子材料一般是什么高分子材料一般是绝缘的？的？高分子材料有可能高分子材料有可能导电吗？108107 S/m103102 S/mTi(OC4H9)4Al(C2H5)3HCCH温度温度 1974年日本筑波大学年日本筑波大学H.Shirakawa在合成聚乙炔的在合成聚乙炔的实验中，中，偶然地投入偶然地投入过量量1000倍的催化倍的催化剂，合成出令人，合成出令人兴奋的有的有铜铜色的色的顺顺式聚乙炔式聚乙炔薄膜与薄膜与银白色光白色光泽的

3、反式聚乙炔。的反式聚乙炔。有机高分子不能作为有机高分子不能作为导电材料的概念被彻底改变。导电材料的概念被彻底改变。世世纪发现导电高分子材料高分子材料 G.MacDiarmid H.Shirakawa J.Heeger 艾伦马克迪尔米德 白川英树 艾伦黑格n n其他导电高分子材料其他导电高分子材料 聚噻吩聚噻吩聚噻吩聚噻吩 聚苯胺聚苯胺聚苯胺聚苯胺 聚对苯撑乙炔聚对苯撑乙炔聚对苯撑乙炔聚对苯撑乙炔 聚吡咯聚吡咯聚吡咯聚吡咯 由于分子中双键的由于分子中双键的电子的非定域性，这类聚合物大都表现出一电子的非定域性，这类聚合物大都表现出一定的导电性。定的导电性。以及聚以及聚对对苯（苯（PPPPPP）、聚

4、）、聚咔唑咔唑（PCBPCB）、聚）、聚喹喹林（林（PQPQ）、）、聚硫聚硫萘萘（PTINPTIN）电子导电聚合物特征电子导电聚合物特征 有机聚合物成有机聚合物成有机聚合物成有机聚合物成为导为导体的必要条件：体的必要条件：体的必要条件：体的必要条件：有能使其内部有能使其内部有能使其内部有能使其内部某些某些某些某些电电子或空穴具有跨子或空穴具有跨子或空穴具有跨子或空穴具有跨键键离域移离域移离域移离域移动动能力的大共能力的大共能力的大共能力的大共轨结轨结构构构构。电电子子子子导电导电型聚合物的共同型聚合物的共同型聚合物的共同型聚合物的共同结结构特征：构特征：构特征：构特征：分子内具有大分子内具有大

5、分子内具有大分子内具有大的共扼的共扼的共扼的共扼 电电子体系，具有跨子体系，具有跨子体系，具有跨子体系，具有跨键键移移移移动动能力的能力的能力的能力的 价价价价电电子成子成子成子成为为这这一一一一类导电类导电聚合物的唯一聚合物的唯一聚合物的唯一聚合物的唯一载载流子流子流子流子。已知的已知的已知的已知的电电子子子子导电导电聚合物，除早期聚合物，除早期聚合物，除早期聚合物，除早期发现发现的聚乙炔，多的聚乙炔，多的聚乙炔，多的聚乙炔，多为为芳香芳香芳香芳香单环单环、多、多、多、多环环、以及、以及、以及、以及杂环杂环的共聚或均聚物的共聚或均聚物的共聚或均聚物的共聚或均聚物 。n n根据载流子的不同，导

6、电高分子的导电机理可分为根据载流子的不同，导电高分子的导电机理可分为三种：三种：电子导电电子导电、离子导电离子导电和和氧化还原导电氧化还原导电三种：三种：n n 纯净纯净的，或未予的，或未予“掺掺杂杂”的的电电子子导电导电聚合物聚合物分子中各分子中各 键键分子分子轨轨道之道之间还间还存在着一定的存在着一定的能能级级差差。而在。而在电场电场力作用下，力作用下，电电子在聚合物内部迁移子在聚合物内部迁移必必须须跨越跨越这这一能一能级级差，差，这这一能一能级级差的存在差的存在造成造成 价价电电子子还还不能在共不能在共轭轭聚聚合中完全自由跨合中完全自由跨键键移移动动。因而其因而其导电导电能力受到影能力受

7、到影响，响，导电导电率不高。属于率不高。属于半半导导体范体范围围。图图中碳原子右上角的符号中碳原子右上角的符号 表示未参与形成表示未参与形成 键键的的p p电电子。上子。上述聚乙炔述聚乙炔结结构可以看成内多享有一个木成构可以看成内多享有一个木成对电对电子的子的CHCH自由基自由基组组成的成的长链长链，当所有碳原子，当所有碳原子处处在一个平面内在一个平面内时时，其末成村，其末成村电电子云在子云在空空间间取向取向为为相互平行并相互重叠构成共短相互平行并相互重叠构成共短 键键。根据固。根据固态态物理物理理理论论，这这种种结结构构应应是一个理想的一是一个理想的一维维金属金属结结构构 电电子子应应能在一

8、能在一维维方向上自由移方向上自由移动动，这这是是聚合物聚合物聚合物聚合物导电导电的理的理的理的理论论基基基基础础。由分子由分子由分子由分子电电子子子子结结构分析，聚乙炔构分析，聚乙炔构分析，聚乙炔构分析，聚乙炔结结构可以写成以下形式。构可以写成以下形式。构可以写成以下形式。构可以写成以下形式。如上如上如上如上图图所示，两个能所示，两个能所示，两个能所示，两个能带带在能量上存在着在能量上存在着在能量上存在着在能量上存在着个差个差个差个差值值，而，而，而，而导电导电状状状状态态下下下下P P电电子离域运子离域运子离域运子离域运动动必必必必须须越越越越过这过这个能个能个能个能级级差。差。差。差。这这

9、就是我就是我就是我就是我们们在在在在线线性性性性共扼体系中碰到的阻碍共扼体系中碰到的阻碍共扼体系中碰到的阻碍共扼体系中碰到的阻碍电电子运子运子运子运动动，因而影响其，因而影响其，因而影响其，因而影响其电导电导率的基本率的基本率的基本率的基本因素因素因素因素n n 如果考虑到每个如果考虑到每个CHCH自由基结构单元自由基结构单元p p电子轨道中只有一个电子，电子轨道中只有一个电子，而根据而根据分子轨道理论分子轨道理论，一个分子轨道中只有，一个分子轨道中只有填充两个自旋方向相反的填充两个自旋方向相反的电子才能处于稳定态电子才能处于稳定态。每个。每个P P电子占据电子占据个个 轨道构成上图所述线性轨

10、道构成上图所述线性共轭电子体系应是一个半充满能带，是非稳定态。它趋向于组成双共轭电子体系应是一个半充满能带，是非稳定态。它趋向于组成双原子对使电子成对占据其中一个分子轨道，而另一个成为空轨道。出原子对使电子成对占据其中一个分子轨道，而另一个成为空轨道。出于空轨道和占有轨道的能级不同使原有于空轨道和占有轨道的能级不同使原有p p原子形成的能带分裂成两原子形成的能带分裂成两个亚带，一个为全充满能带，构成价带，另一个为空带，构成导带。个亚带，一个为全充满能带，构成价带，另一个为空带，构成导带。现现代代结结构分析和构分析和测试结测试结果果证证明，明，线线性共性共轭轭聚合物中相聚合物中相邻邻的两个的两个

11、键键的的键长键长和和键键能是有差能是有差别别的的。这这一一结结果果间间接接证证明了明了在此体系中存在着能在此体系中存在着能带带分裂。分裂。PeierlsPeierls理理论论不不仅仅解解释释了了线线性共性共扼型聚合物的扼型聚合物的导电现导电现象和象和导电导电能力，也提示我能力，也提示我们们如何如何寻寻找、找、提高提高导电导电聚合物聚合物导电导电能力的方法。能力的方法。电电子的相子的相对对迁移是迁移是导电导电的基的基础础。电电子如若要在共扼子如若要在共扼 电电子体系中自由移子体系中自由移动动、首先要克服、首先要克服满带满带与空与空带带之之间间的能的能级级差，因差，因为满带为满带与空与空带带在分子

12、在分子结结构中是互相构中是互相间间隔的。隔的。这这一能一能级级差的大小决定了共差的大小决定了共轭轭型聚合物的型聚合物的导电导电能力的高低。能力的高低。正是由丁正是由丁这这一能一能级级差的存在决定了我差的存在决定了我们们得到的不是一个得到的不是一个良良导导体，而是半体，而是半导导体。体。由此可见，减少能减少能带分裂造成的能分裂造成的能级差是提高共差是提高共轭型型导电聚合物聚合物电导率的主要途径。率的主要途径。电子子导电聚合物的聚合物的掺杂n n掺杂掺杂的作用的作用的作用的作用：在聚合物的空在聚合物的空轨轨道中加入道中加入电电子，或从占子，或从占有有轨轨道中拉出道中拉出电电子，子，进进而改而改变现

13、变现有有 电电子能代的能子能代的能级级，出出现现能量居中的半充能量居中的半充满满能能带带，减小能，减小能带间带间的能量差，的能量差，使得自由使得自由电电子或空穴移子或空穴移动动的阻碍力减小因而的阻碍力减小因而导电导电能力能力大大提高。大大提高。1 1）物理化学掺杂物理化学掺杂物理化学掺杂物理化学掺杂：n-n-掺杂掺杂：给电给电子的物子的物质质（如（如NaNa），），又称又称还还原原掺杂掺杂 p-p-掺杂掺杂；接受；接受电电子的物子的物质质（如（如I I2 2），），又称氧化又称氧化掺杂掺杂2 2）电化学掺杂）电化学掺杂：氧化反氧化反应应：掺杂掺杂ClOClO4 4-等阴离子，等阴离子，还还原反

14、原反应应；掺杂掺杂NRNR4 4+等阳离子等阳离子3 3）质子酸掺杂）质子酸掺杂：质子化反应：质子化反应4 4）其他物理掺杂）其他物理掺杂：光等激发：光等激发掺杂方法电子导电聚合物电导率影响因素1）掺杂过程、掺杂剂及掺杂量 金属材料的电导温度系数是负值，即金属材料的电导温度系数是负值，即温度越高，电温度越高，电导率越低导率越低。电子导电聚合物的温度系数是正的；即电子导电聚合物的温度系数是正的；即随着温度的随着温度的升高电阻减小、电导率增加升高电阻减小、电导率增加2）温度：电在导电聚合物的电导率随着温度的变化而变化：式中sat、To和分别为常数，具体数值取决于材树本身的性质和掺杂的程度，取值一般

15、在o.250.5之间。随随着着共共扼扼链链长长度度的的增增加加，电电子子波波函函数数的的这这种种趋趋势势越越明明显显，从从而而有有利利于于自自由由电电子子沿沿着着分分子子共共轭轭链链移移动动，导导致致聚聚合合物物的的电电导导率率增增加加。从从图图中中可可以以看看出出，线线性性共共轭轭导导电电聚聚合合物物的的电电导导率率随随着着其其共共轭轭链链长长度度的的增增加加而而呈呈指指数数快快速速增增加加。因因此此，提提高高共共轭轭链链的的长长度度是是提提高高聚聚合合物物导导电电性性能能的的重重要要手手段之一段之一这这一一结论对结论对所有所有类类型的型的电电子子导电导电聚合物都适用。聚合物都适用。3）分子

16、中共轭链长度分子中共轭链长度：电在导电聚合物的电导率电在导电聚合物的电导率随着温度的变化而变化：随着温度的变化而变化：离子导电高分子材料离子导电高分子材料载流子载流子：正、负离子n n载载流子正、流子正、负负离子的体离子的体积积比比电电子大的多，使其不能在固体子大的多，使其不能在固体的晶格的晶格间间相相对对移移动动。n n构成构成构成构成导电导电必必必必须须的两个条件的两个条件的两个条件的两个条件：1 1）具有独立存在的正、具有独立存在的正、负负离子，而不是离子离子，而不是离子对对 2 2）离子可以自由移离子可以自由移动动影响离子导电聚合物的导电能力的因素影响离子导电聚合物的导电能力的因素n

17、n聚合物其他因素：n n聚合物溶剂化能力：n n聚合物玻璃化温度：改进离子导电聚合物导电性能的措施改进离子导电聚合物导电性能的措施1）共聚：降低Tg和结晶性能2）交联：降低材料的结晶性3）共混：提高导电性能4）增塑：降低Tg和结晶度氧化氧化还原型原型导电聚合物聚合物氧化氧化还原型原型导电聚合物的聚合物的导电机理机理n n金属导电：金属导电：自由电子自由电子自由电子自由电子n n电子型导电聚合物：电子型导电聚合物：含有共轭含有共轭含有共轭含有共轭 键，载流子为电键，载流子为电键，载流子为电键，载流子为电子（空穴）或孤子。子（空穴）或孤子。子（空穴）或孤子。子（空穴）或孤子。n n离子型导电聚合物

18、：离子型导电聚合物：载流子为正负离子。载流子为正负离子。载流子为正负离子。载流子为正负离子。n n氧化还原型导电聚合物：氧化还原型导电聚合物：可逆氧化还原反应可逆氧化还原反应可逆氧化还原反应可逆氧化还原反应 但但总的来的来说，结构型构型导电高分子的高分子的实际应用尚不普遍，用尚不普遍，关关键的技的技术问题在于大多数在于大多数结构型构型导电高分子在空气高分子在空气中不中不稳定，定，导电性随性随时间明明显衰减。衰减。此外，此外，导电高分高分子的子的加工性往往不加工性往往不够好好，也限制了它，也限制了它们的的应用。用。本征型本征型导电高分子材料的合成方法高分子材料的合成方法n n本征型导电高分子材料

19、的合成方法主要有电化学聚本征型导电高分子材料的合成方法主要有电化学聚本征型导电高分子材料的合成方法主要有电化学聚本征型导电高分子材料的合成方法主要有电化学聚合法和化学聚合法两种合法和化学聚合法两种合法和化学聚合法两种合法和化学聚合法两种：1.化学聚合法化学聚合法 聚苯（撑）的化学聚合法（聚苯（撑）的化学聚合法（Kovacic)本征型本征型导电高分子材料的合成方法高分子材料的合成方法n n缺点：只适宜于合成小批量的生缺点：只适宜于合成小批量的生缺点：只适宜于合成小批量的生缺点：只适宜于合成小批量的生产产2.电化学聚合法聚苯（撑）电化学聚合法聚苯（撑）n优点：点：纯度高，反度高，反应条件条件简单且

20、容易控制且容易控制本征型本征型导电高分子材料的合成方法高分子材料的合成方法n n其他合成方法：3.乳液聚合法4.微乳液聚合法n n高分子材料高分子材料高分子材料高分子材料绝缘绝缘是因是因是因是因为为其分子其分子其分子其分子结结构中共价构中共价构中共价构中共价键键限制了限制了限制了限制了电电子的移子的移子的移子的移动动，解决高分子材料，解决高分子材料，解决高分子材料，解决高分子材料导电导电性能的关性能的关性能的关性能的关键问题键问题是是是是产产生生生生电电流的流的流的流的载载流子流子流子流子问题问题。还有其他办法使高分子材料导电吗？还有其他办法使高分子材料导电吗？n 如果能如果能设法在聚合物中引

21、入足法在聚合物中引入足够数量的数量的载流子，就可流子，就可以使以使绝缘的聚合物的聚合物变成半成半导体或体或导体。是体。是这样子的子的吗？那么如果将那么如果将导电的粒子填充到的粒子填充到绝缘的聚合物中，的聚合物中，让导电粒子来充担粒子来充担载流子，所得复合材料可否也能流子，所得复合材料可否也能导电呢？呢？何何为导电高分子复合材料？高分子复合材料？以以结构型高分子从材料构型高分子从材料为基体（基体（连续相），与各种相），与各种导电性物性物质（如碳系、金属、金属氧化物、（如碳系、金属、金属氧化物、结构型构型导电高分子等），通高分子等），通过分散复合、分散复合、层积复合、表面复合复合、表面复合或梯度复

22、合等方法构成的具有或梯度复合等方法构成的具有导电能力的材料。其中能力的材料。其中又以分散复合方法最又以分散复合方法最为常用。常用。导电填料在复合型导电高分子中起提供载流子的作用，导电填料在复合型导电高分子中起提供载流子的作用，它的形态、性质和用量直接决定材料的导电性。它的形态、性质和用量直接决定材料的导电性。导电高分子复合材料的导电机理导电高分子复合材料的导电机理导电填料填料 聚合物基体聚合物基体 导电复合材料的导电机理导电复合材料的导电机理导电复合材料的逾渗现象导电复合材料的逾渗现象逾渗逾渗区间区间导电高分子复合材料的基本概念导电高分子复合材料的基本概念v高分子基体材料高分子基体材料v导电填

23、充材料导电填充材料导电高分子复合材料的组成导电高分子复合材料的组成v其他助剂其他助剂聚合物基导电复合材料制备方法聚合物基导电复合材料制备方法1.简单机械混合法：机械混合法：a)熔融共混；熔融共混；b)溶液共混法溶液共混法;c)乳液共混乳液共混v优点：工点：工艺简单，宜大，宜大规模模产业化化v缺点：分散效果不好缺点：分散效果不好简单机械混合法机械混合法:熔融共混熔融共混聚合物基导电复合材料制备方法聚合物基导电复合材料制备方法聚合物基导电复合材料制备方法聚合物基导电复合材料制备方法2.填料表面的接枝改性填料表面的接枝改性处理后，再与聚合物基理后，再与聚合物基体体进行机械共混行机械共混碳黑接枝示意碳

24、黑接枝示意图（实例）例）v缺点缺点：工艺相对繁琐工艺相对繁琐v优点优点：界面作用强，界面作用强，分散效果好，逾渗分散效果好，逾渗值偏低偏低2.填料表面的接枝改性填料表面的接枝改性处理后，再与聚合物基理后，再与聚合物基体体进行机械共混行机械共混CB-g-WPU/WPU复合材料（乳液共混）复合材料（乳液共混）CB/WPU 复合材料（乳液共混）复合材料（乳液共混）聚合物基导电复合材料制备方法聚合物基导电复合材料制备方法3.原位聚合法原位聚合法v优点：工艺简单,容易控制和进行后处理,逾渗值低。不同合成方法逾渗不同合成方法逾渗值的比的比较聚合物基导电复合材料制备方法聚合物基导电复合材料制备方法影响导电性

25、能的主要因素影响导电性能的主要因素v导电填料的性质导电填料的性质v制备工艺制备工艺v导电填料的用量导电填料的用量v导电填料的形状导电填料的形状v导电高分子复合材料的应导电高分子复合材料的应用v1.抗静电抗静电 抗静电的必要性抗静电的必要性：电绝缘的聚合物，在的聚合物，在许多多应用用环境中境中产生静生静电作用，如塑料梳子作用，如塑料梳子产生生头发竖立，合立，合成成纤维制成的衣服制成的衣服产生放生放电，吸，吸尘器外壳吸附大量器外壳吸附大量灰灰尘，电视屏幕吸附灰屏幕吸附灰尘，电视何收音机干何收音机干扰，有，有些些场合静合静电泄漏甚至会泄漏甚至会产生生严重火灾或爆炸事故。重火灾或爆炸事故。抗静抗静电方

26、法方法：将将产生的静生的静电适适时导走，避免静走，避免静电积累累导电高分子复合材料的应用导电高分子复合材料的应用v 近近几几年年,铅锡焊料料是是印印刷刷线路路板板和和表表面面组装装技技术中中的的连接接材材料料,其其中中含含铅在在40%左左右右。铅既既危危害害人人体体健健康康,也也污染染环境境。对电子子产品品及及制制造造过程程中中所所使使用用的的有有毒毒重重金金属属如如铅等等,美美国国1992年年开开始始禁禁用用,日日本本规定定2001年年限制使用限制使用铅;欧洲也明确欧洲也明确规定定2004年停止使用。年停止使用。v欧盟欧盟对禁禁铅政策的政策的积极运作极运作,全球所有全球所有电子子产业可可望于

27、望于2008 年年彻底底执行无行无铅电子子产业。v2.导电胶导电胶导电高分子复合材料的应用导电高分子复合材料的应用 导电型胶粘型胶粘剂,简称称导电胶胶,是一种既能有效地胶接各种材是一种既能有效地胶接各种材料料,又具有又具有导电性能的胶粘性能的胶粘剂。导电胶作胶作为一种新型的复合一种新型的复合材料其材料其应用日益受到人用日益受到人们的重的重视,有着广有着广阔的市的市场前景和前景和发展潜力。展潜力。导电填填料料可可以以很很大大的的提提高高线分分辨辨率率,更更能能顺应高高的的I/O密密度度;此此外外它它还有有固固化化温温度度低低、简化化组装装工工艺等等优点点,因因此此发展迅速。展迅速。现已已广广泛泛

28、应用用于于电话和和移移动通通讯系系统,广广播播、电视、计算算机机行行业,汽汽车工工业;医医用用设备,解解决决电磁磁兼兼容容(EMC)等等方方向。向。导电高分子复合材料的应用导电高分子复合材料的应用v2.导电胶导电胶v 隐身技身技术是当今是当今军事科学的重要技事科学的重要技术之一，是国之一，是国家家军事事实力的重要力的重要标志。志。v隐身材料是指能身材料是指能够减少减少军事目事目标的雷达特征、的雷达特征、红外特征、光外特征、光电特征及目特征及目视特征的材料的系特征的材料的系统。v自从自从导电聚合物一出聚合物一出现，导电聚合物作聚合物作为新型的新型的有机和聚合物雷达波吸收材料称有机和聚合物雷达波吸

29、收材料称为导电聚合物聚合物领域域的研究的研究热点和点和导电聚合物聚合物实用化的突破点。用化的突破点。v导电高聚物是巡洋高聚物是巡洋导弹可控可控头罩的首罩的首选隐身材料身材料 3.军事事隐身材料身材料 导电高分子复合材料的应用导电高分子复合材料的应用 导电高分子复合材料的应用导电高分子复合材料的应用v雷达隐身技术雷达隐身技术雷达吸波材料雷达吸波材料v3.军事隐身（隐形）材料军事隐身（隐形）材料v红外隐身技术红外隐身技术红外隐身材料红外隐身材料 导电高分子复合材料的应用导电高分子复合材料的应用v电磁屏蔽材料电磁屏蔽材料 导电高分子材料具有同高分子材料具有同样电磁屏蔽性能，且重磁屏蔽性能，且重量量轻

30、、韧性好、易加工、性好、易加工、电导率易于率易于调节、成本低、成本低、易大面易大面积涂敷、施工方便。因此，它是一种非常理涂敷、施工方便。因此，它是一种非常理想的替代想的替代传统金属的新型金属的新型电磁屏蔽材料，可磁屏蔽材料，可应用在用在计算机房、手机、算机房、手机、电视机、机、电脑和心和心脏起搏器等起搏器等电子子电器元件上。器元件上。v4.其他应用其他应用 PTC型导电高分子复合材料型导电高分子复合材料PTC型型导电高分子复合材料的基本概念高分子复合材料的基本概念 所所 谓 PTC效效 应（positive temperature coefficient),即即正正温温度度系系数数效效应，指指

31、材材料料的的电阻率随着温度的升高而增大的阻率随着温度的升高而增大的现象。象。PTC型导电高分子复合材料型导电高分子复合材料复合材料的复合材料的电阻随着温度的升高而增大阻随着温度的升高而增大,具有明具有明显的突的突变现象象 PTC导电复合材料功能原理复合材料功能原理 PTC型导电高分子复合材料型导电高分子复合材料v聚合物基体性聚合物基体性质v填料填料组成及含量成及含量v制制备工工艺影响影响PTC性能的主要因素性能的主要因素 PTC型导电高分子复合材料型导电高分子复合材料电阻率及电阻率及PTC强度与填料含量关系强度与填料含量关系影响影响PTC性能的主要因素性能的主要因素 PTC型导电高分子复合材料

32、型导电高分子复合材料v体积膨胀理论体积膨胀理论v 晶区破坏学说晶区破坏学说PTC复合材料的功能机理复合材料的功能机理 PTC型导电高分子复合材料型导电高分子复合材料1.自控温加热系统自控温加热系统 自控温加自控温加热电缆线在石油化工在石油化工领域的域的应用用 2.加加热元件在其它元件在其它领域的作用域的作用PTC复合材料的复合材料的应用用 3.电路保护元件电路保护元件 在通信在通信电路中的路中的应用用在在节能灯能灯电子子镇流器中的流器中的应用用微微电机自保机自保 4.其他方面的其他方面的应用用 气敏导电高分子复合材料气敏导电高分子复合材料气敏导电高分子复合材料的基本概念气敏导电高分子复合材料的

33、基本概念 当复合材料吸收有机溶当复合材料吸收有机溶剂蒸气蒸气时，复合材料的微，复合材料的微观结构构发生急生急剧的的变化，从而推化，从而推动填料偏移平衡位置，填料偏移平衡位置，导电网网络被破坏，复合材料的被破坏，复合材料的电阻急阻急剧上升几个数量上升几个数量级。当。当复合材料重新置于空气中复合材料重新置于空气中时，吸收的蒸气，吸收的蒸气发生脱附，复生脱附，复合材料的合材料的电阻迅速恢复初始阻迅速恢复初始值，具有，具有这种气敏开关特性种气敏开关特性的的导电高分子复合材料被成高分子复合材料被成为气敏气敏导电高分子复合材料。高分子复合材料。它它集合了灵活性，性集合了灵活性，性质多多样性，高度气敏性，性

34、，高度气敏性，优良的重良的重复可逆性于一体，复可逆性于一体，现阶段已成段已成为聚合物气敏材料的研究聚合物气敏材料的研究热点点 气敏导电高分子复合材料气敏导电高分子复合材料导电复合材料复合材料在有机溶在有机溶剂中中电阻阻发生非生非线性的突性的突变现象象气敏导电复合材料功能原理气敏导电复合材料功能原理 气敏导电高分子复合材料气敏导电高分子复合材料1.响响应速度快，在速度快，在30秒内秒内可以达到最大可以达到最大电阻阻值，脱，脱附附时，40秒内秒内电阻可以下阻可以下降到最大降到最大值的的1以下。以下。2.重复性和稳定性好。重复性和稳定性好。在在低低蒸蒸气气压下下，复复合合材材料料的的气气敏敏响响应度

35、与蒸气度与蒸气压成成线性关系性关系可可定定量量的的用用于于检测有有机机蒸蒸气气的的浓度度 气敏导电高分子复合材料气敏导电高分子复合材料1.体体积膨膨胀模型模型气敏复合材料的气敏响气敏复合材料的气敏响应机理机理2.相相变模型或模型或晶体晶体转换模型模型气敏复合材料的气敏响气敏复合材料的气敏响应机理机理 气敏导电高分子复合材料气敏导电高分子复合材料离开蒸气环境，离开蒸气环境，电阻反而增大，电阻反而增大，何解？何解？3.结构松弛机理构松弛机理应力聚集应力聚集 应力松弛应力松弛 气敏导电高分子复合材料气敏导电高分子复合材料气敏导电高分子气敏导电高分子复合材料复合材料传感器感器,传感器感器阵列列或或“电

36、子鼻子鼻”设计制制备工工艺简单,响响应灵敏灵敏,常温操作常温操作,能耗低，易加工能耗低，易加工,经济气敏气敏导电复合材料的复合材料的应用用 气敏导电高分子复合材料气敏导电高分子复合材料气敏响气敏响应机理研究机理研究还不不够深入深入 在在这领域域还有很多可挖掘的信息，需要大家去探有很多可挖掘的信息，需要大家去探索、去索、去进一步研究！一步研究！气敏复合材料尚存在的气敏复合材料尚存在的问题结构性能的关系不甚明了构性能的关系不甚明了定性定性检测还有一定的有一定的难度度导电高分子复合材料的小结导电高分子复合材料的小结 优越性越性：质轻（密度小）、易成型加工、导电性质轻（密度小）、易成型加工、导电性和制品可一次完成、电阻率调节范围广、成本低、和制品可一次完成、电阻率调节范围广、成本低、结构易调节结构易调节.挑挑战：稳定性有待于提高，新定性有待于提高，新应用用领域域 还需需要不断去要不断去发现和开和开发。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。