《高分子结构与性能》研究生课程教学课件（讲稿）导电高分子

第二部分：性能篇一.导电高分子

一. 导电高分子 第二部分：性能篇

2000年诺贝尔化学奖得丰美国化学家美国物理学家日本化学家ShirakawaMacDiarmidHeeger

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

导电高分子定义一、导电高分子材料也称导106Ag Cu104金属Bi电聚合物，分子由许多小掺杂导电聚合物102的、重复出现的结构单InSb石墨100Ge复合导电聚合物元组成，即具有明显聚10-2潮询#半导体合物特征，如果在材料10-4Si末掺杂导电聚合物10-6两端加上一定电压，在热解聚合物Cds10-8材料中应有电流流过10-10即具有导体的性质。同10~12尼龙时具备上述两条性质的绝缘体10-14金刚石材料我们门称其为导电高聚酯10~16S聚内酰胺石英10~18分子材料。聚四氟乙烯图1-1常见聚合物导电性能及其与其他材料的对比示意

一、导电高分子定义 导电高分子材料也称导 电聚合物,分子由许多小 的、重复出现的结构单 元组成，即具有明显聚 合物特征，如果在材料 两端加上一定电压，在 材料中应有电流流过， 即具有导体的性质。同 时具备上述两条性质的 材料我们称其为导电高 分子材料

材料导电性的表征根据欧姆定律，当对试样两端加上直流电压V时，老若流经试样的电流为，则试样的电阻R为：VR=1电阻的倒数称为电导，用G表示：1TV

材料导电性的表征 根据欧姆定律，当对试样两端加上直流电压V 时，若流经试样的电流为I，则试样的电阻R为： 电阻的倒数称为电导，用G表示： I V R = V I G =

电阻和电导的大小不仅与物质的电性能有关，还与试样的面积S、厚度d有关。实验表明，试样的电与厚度成正比阻与试样的截面积成反比，dR=p-S同样，对电导则有：S=αd

电阻和电导的大小不仅与物质的电性能有关，还 与试样的面积S、厚度d有关。实验表明，试样的电 阻与试样的截面积成反比，与厚度成正比： 同样，对电导则有： S d R =  d S G = 

材料的导电性是由于物质内部存在的带电粒子的移动引起的。这些带电粒子可以是正、负离子，也可以是电子或空穴,统称为载流子。载流子在外加电场作用下沿电场方向运动，就形成电流。可见，材料导电性的好坏，与物质所含的载流子数目及其运动速度有关假定在一截面积为S、长为的长方体中，载流子的浓度单位体积中载流子数目）为N，每个载流子所带的电荷量为（迁移9。载流子在外加电场E作用下，沿电场方向运动速度速度）为V，则单位时间流过长方体的电流为：I = NqvS

材料的导电性是由于物质内部存在的带电粒子的移动引 起的。这些带电粒子可以是正、负离子，也可以是电子或空 穴，统称为载流子。载流子在外加电场作用下沿电场方向运 动，就形成电流。可见，材料导电性的好坏，与物质所含的 载流子数目及其运动速度有关。 假定在一截面积为S、长为l的长方体中，载流子的浓度（ 单位体积中载流子数目）为N，每个载流子所带的电荷量为 q。载流子在外加电场E作用下，沿电场方向运动速度（迁移 速度）为ν，则单位时间流过长方体的电流I为： I = NqS

而载流子的迁移速度V通常与外加电场强度E成正比：V=LE式中，比例常数为载流子的迁移率，是单位场强下载流 (cm2.V-1.s-1)。子的迁移速度，单位为可知结合前面公式，α = Nqμ当材料中存在n种载流子时，电导率可表示为：nZN,qiui0=i-1由此可见，载流子浓度和迁移率是表征材料导电性的微观物理量

而载流子的迁移速度ν通常与外加电场强度E成正比： 式中，比例常数μ为载流子的迁移率，是单位场强下载流 子的迁移速度，单位为（cm2·V-1·s-1）。 结合前面公式，可知 v = E  = Nq 当材料中存在n种载流子时，电导率可表示为： 由此可见，载流子浓度和迁移率是表征材料导电性的微 观物理量。 = = n i Ni qi i 1  

二、与导电高分子分类复合型导电高分子材料：由普通的高分子结构材料与金属或碳等导电材料，通过分散，层合，梯度聚合，表面镀层等复导电合方式构成，其导电作用主要通过其中聚合的导电材料来完成物结构型导电高分子材料：其高分子本身具备传输电荷的能力

二、导电高分子分类 导电 聚合 物 复合型导电高分子材料:由普通的高分 子结构材料与金属或碳等导电材料,通 过分散,层合,梯度聚合,表面镀层等复 合方式构成,其导电作用主要通过其中 的导电材料来完成. 结构型导电高分子材料:其高分子本 身具备传输电荷的能力

结构型导电聚离子导电电子导电合物聚合物聚合物复合型导电聚合物

结构型 导电聚 合物 电子导电 聚合物 离子导电 聚合物 复合型导电 聚合物

1.电子导电聚合物载流子是自由电子的导电聚合物是电子导电聚合物结构特征：给载流子，分子内有大的线性共轭元电子体系，自由电子提供利于迁移的条件C（1s22s22p2）采取sp2杂化，C=C双键中分别由50%的和元构成。一般内层电子（1s轨道）稳定，不参与流动，与元键相比，c键更稳定。如果两个元键中间被单键连接起来，元键电子可以在较大空间离域

1.电子导电聚合物 载流子是自由电子的导电聚合物是电子导电聚合物。 结构特征：分子内有大的线性共轭π电子体系，给载流子- 自由电子提供利于迁移的条件。 n C （1s22s22p2）采取sp2杂化，C=C双键 中分别由50%的σ和π构成。一般内层电 子（1s轨道）稳定，不参与流动，与π键 相比，σ键更稳定。如果两个π键中间被 单键连接起来， π键电子可以在较大空间 离域