導電高分子

概述

ont-size:10.5pt;font-family:宋體;mso-ascii-font-family:Arial; mso-hansi-font-family:Arial;mso-bidi-font-family:Arial;color:#333333">導電高分子完全不同于由金屬或碳粉末與高分子共混而制成的導電塑糕因此，導電高分子的可分子設計結構特征為除了具有高分子結構外，還含有由“摻雜”而引入的一價對陰離子(p-型摻雜)或對陽離子(n-型摻雜）所以，通常導電高分子的結構特征是由有高分子鏈結構和與鏈非鍵合的一價陰離子或陽離子共同組成。因此，導電高分子不僅具有由于摻雜而帶來的金屬(高電導率)和半導體(p-和n-型)的特性之外，還具有高分子的可分子設計結構多樣化，可加工和比重輕的特點。為此，從廣義的角度來看，導電高分子可歸為功能高分子的范疇。

特點

（1）電高分子室溫電導率可在絕緣體半導體金屬態(tài)范圍內(nèi)變化。這是迄今為止任何材料無法比擬的。

正因為導電高分子的電學性能覆蓋如此寬的范圍，因此它在技術上的應用呈現(xiàn)多種誘人前s:0例如，具有高電導的導電高分子可用于電、磁屏蔽，防靜電、分子導線等技術上的應用。而具有半導體性能的導電高分子，可用于光電子器件（晶體管，整流管)和發(fā)光二極管(light emitting diode， LED）

( 2)導電高分子不僅可以摻雜，而且還可以脫摻雜并且摻雜脫摻雜的過程完全可巡這是導電高分子獨特的性能之汽如果完全可逆的摻雜脫摻雜特性與高的室溫電導率相結合，則導電高分子可成為二次電池的理想電極料，從而可能實現(xiàn)全塑固體電字也另外，可逆的摻雜脫摻雜的性能若與導電高分子的可吸收雷達波的特性相結合，則導電高分子又是口前快速切換的隱身技術的首選材料實驗發(fā)現(xiàn)導電高分子與大氣某些介質作用其室溫電導率會發(fā)生明顯的變化，若除去這些介質又會自動恢復到原狀這種變化的實質是摻雜域脫摻雜過程，并且其摻雜脫摻雜完全可逆利用這一特性導電高分子可實現(xiàn)高選擇性、靈敏度高和重復性好的氣體或生物傳感器。

( 3)導電高分子的摻雜實質是氧化還原反應，而且氧化還原過程完全可巡在摻雜脫摻雜的過程中伴隨著完全可逆的顏色變化。因此，導電高分子這一獨特的性能可能實現(xiàn)電致變色或光致變色這不僅在信息存貯、顯示上有應用前景，而且也可用于軍事目標的偽裝和隱身技術上。

(4)由于導電高分子具有π-共扼的結構，因此，它具有響應速度快(〖10〗^(-13) sec)和高的三階非線性光學系數(shù)（i=〖10〗^(-9)-〖10〗^(-13) esu）它將用于信息存貯、調(diào)頻、光開關和光計算機等技術上綜上所述，導電高分子是一種性能優(yōu)良的新型功能材料，并在80- 90年代研究進展迅速，成為材料科學的研究中心，并世界各國科學家致力于導電高分子的實用化。

導電摻雜

為了使共軛高分子導電，必須要做摻雜。這和半導體經(jīng)過摻雜后可以經(jīng)由荷電載子提高導電度類似。發(fā)現(xiàn)導電高分子的故事是蠻具戲劇性的。在1974年，日本化學家白川英樹找到一個合成聚乙炔的新方法。有一次由于疏忽，多加了一千倍的催化劑，令他驚訝的是，這因此形成一個漂亮的銀色薄膜。這薄膜是純度很高的順式聚乙炔。

研究案例

(A.G.McDiarmid)和物理學家希格(A.Heeger)正在研究有金屬光澤的無機高分子硫化氮(SN)x。笛米德在一次東京的研討會里提到這項研究，后來白川和笛米德有機會碰面討論，當?shù)衙椎侣牭桨状òl(fā)現(xiàn)了具銀色光澤的有機高分子，就邀請他到賓大訪問。白川以及來自臺灣的博士后研究員姜傳康藉著加碘蒸氣改變聚乙炔的性質，令他們驚訝的是，順式聚乙炔的導電度因此增加了一百萬倍。第一個導電高分子就此誕生!他們和同儕將發(fā)現(xiàn)發(fā)表在化學協(xié)會期刊的化學通訊，這是讓他們贏得2000諾貝爾獎的論文。姜傳康于1965年畢業(yè)于師大物理系，現(xiàn)在在美國的國家科技研究院(NIST)的高分子部門工作。

發(fā)展前景

盡管導電高聚物研究僅有20余年的歷史，但無論在材料的設計和合成，摻雜和導電機理，結構與性能，加工性和穩(wěn)定性以及在技術上的應用探索等方而均已取得長足的進展，并正向實用化的方向邁逃但是，在基礎理論研究方面，導電高聚物而臨著“合成金屬”、分子導線和分子器件的挑戰(zhàn);在應用基礎和技術應用方而，導電高聚物也面臨著材料功能化，納米化和實用化的挑戰(zhàn)。若這些挑戰(zhàn)所帶來的發(fā)展機遇與導電高聚物本身的強大的生命力相結合，堅信這必將成為21世紀材料科學的研究前沿。