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导电高分子材料 分子印迹技术及其应用 王海娇 王伟国 马力强
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追本溯源 高分子材料:macromolecular material,以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料,高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。 导电高分子材料:elemento-organic polymers所有的导电高分子都属于所谓的“共轭高分子”。共 轭高分子最简单的例子是聚乙炔然而,实际的情况较为复杂,未配对电子很容易和邻居配对而形成"单键-双键"交替出现的结构。这种转变称为配对化(dimerization),物理上称为派若斯(Peirels)不稳定
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诞生 第一个高导电性的高分子材料是经碘掺杂处理的聚乙炔,其后又相继开发了聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚苯胺等导电高分子材料
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2000年诺贝尔化学奖得主 美国化学家 日本化学家 美国物理学家 Heeger MacDiarmid Shirakawa
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分类 结构型导电高分子 :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、聚吡咯、对苯硫醚等均属于结构型导电高分子材料 复合型导电高分子:复合型导电高分子材料是以聚合物为母体,经与抗静电剂、无机导电填料或亲水性聚合物混配而成
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后起-----新秀 导电塑料是一种高分子材料,是目前国际上一个十分活跃的研究开发领域,已从初期的纯实验室研究发展到应用研究阶段,成为新一代电子材料 。 导电塑料是将树脂和导电物质混合,用塑料的加工方式进行加工的功能型高分子材料
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导电机理 塑料如何导电?塑料是一种高分子聚合物,其分子就像项链的珠子般重复本身结构。而聚合物本身必须仿效金属内的电子能够自由移动,不被束缚在原子上,才能达到导电的功效。其中必要条件是高分子聚合物结构必须具有共轭双键,例如由乙炔聚合产生的聚乙炔就具有此种结构,但光这样还不足以导电,必须经由「添补」(doped)的动作,也就是移走电子或添加孔洞,使这些电子、电洞能在分子上自由移动,便可形成导电高分子。所以说纯净的高分子导电聚合物本身并不导电,必须经过掺杂才具备导电性。
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目前掺杂的方式 氧化还原掺杂 :可通过化学或电化学手段来实现 。化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室温电导率有明显的影响 质子酸掺杂 :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 还有掺杂—脱掺杂—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
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聚合物的掺杂过程直接影响导电聚合物导电能力,掺杂方法和条件的不同直接影响到导电聚合物的物理化学性能
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家族体系
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按导电塑料的制作方法分类 结构型导电塑料 结构型导电塑料又称本征型导电塑料,是指本身具有导电性或经化学改性后具有导电性的塑料 复合型导电塑料
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填充物
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家族体系
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导电高分子的特性 在特定的外部条件下,导电高分子复合材料的电学性能会不同程度地发生变化.其中某些导电高分子复合材料在不同的外部作用力如(压力、拉力)、温度、电压等作用下,表现出一些特殊效应,如压敏、拉敏效应,热敏效应,电压开关效应等。
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导电塑料的应用 抗静电材料.用于矿山、油田、气田及化工部门的干粉及易燃、易爆液体的抗静电输送管、输送带等;用于电子元件、器件等的抗静电包装、封装材料;用于各种超净化环境(手术室、精密仪器室、火药厂、制药厂、芯片生产厂)的地板、操作台及壁材等. 电磁波屏蔽材料、导电材料.电磁波屏蔽材料用于电子仪器、电器设备、通讯设备和音像设备等的抗干扰屏蔽等.导电材料用于航空器、航天器的非金属电线、电缆(重量只有相同体积金属材料的1/3~2/3,电导率与铝质材料相当并具有高分子材料的优点)、柔性导电薄膜(抗疲劳性能优异并可以使用多种物理或化学方法制备兼有其他特殊功能的导电薄膜)、导电胶等
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在电子、电器领域中作集成电路、晶片、传感器护套等精密电子元件生产过程中使用的防静电周转箱、IC及LCD托盘、IC封装、晶片载体、薄膜袋等。
防爆产品的外壳及结构件,如:煤矿、油船、油田、粉尘及可燃气体等场合中使用的电器产品外壳及结构件。 中、高压电缆中使用的半导电屏蔽料 电讯、电脑,自动化系统、工业用电子产品、消费用电子产品、汽车用电子产品等领域中的电器产品EMI屏蔽外壳。
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导电塑料的应用 直滑式导电塑料电热器 太阳能电池板 角度传感器 周转架
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( 导电塑料在国内的发展状况 抗静电剂填充型 碳系填充型 金属填充型
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发展展望 高分子材料代替金属材料是今后材料学科领域的发展趋势。由此带来导电性聚合物的市场需求日益增长,其应用领域逐步扩大,这就必然对导电性聚合物提出更高的要求。 。
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复合型 结构型 ( 对于结构型导电性聚合物来说,要想进一步实用化,必须解决目前存在的下述主要问题: 稳定性欠缺 掺杂剂多是有毒的 成型困难
经济性差 对于复合型导电塑料来说,当前需要着重研究的是金属纤维填充的电磁波屏蔽材料,需要解决的主要课题是 减小比重 使导电性均一 降低成本 改善外观
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未来展望 对于导电性聚合物的未来展望,最主要的是开发以下三种材料 高导电性高分子 有机太阳能电池 有机超电导材料
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谢谢大家! 谢谢
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