导电高分子材料-资料课件.ppt
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- 关 键 词:
- 导电 高分子材料 资料 课件
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1、导电高分子材料的导电机理半导体到导体的实现途径掺杂(doping)在共轭有机分子中电子是无法沿主链移动的,而电子虽较易移动,但也相当定域化,因此必需移去主链上部分电子(氧化)或注入数个电子(还原),这些空穴或额外电子可以在分子链上移动,使此高分子成为导电体。导电高分子材料的导电机理导电高分子材料的掺杂途径氧化掺杂(p-doping):CHn+3x/2 I2 CHnx+x I3-还原掺杂(n-doping):CHn+x Na CHnx-+x Na+添补后的聚合物形成盐类,产生电流的原因并不是碘离子或钠离子而是共轭双键上的电子移动。导电高分子材料的导电机理导电高分子材料的共同特征交替的单键、双键共
2、轭结构 聚乙炔由长链的碳分子以sp2键链接而成,每一个碳原子有一个价电子未配对,且在垂直于sp2面上形成未配对键。其电子云互相接触,会使得未配对电子很容易沿着长链移动,实现导电能力。导电高分子材料的导电机理掺杂导电高分子材料的导电机理 碘分子从聚乙炔抽取一个电子形成I3,聚乙炔分子形成带正电荷的自由基阳离子,在外加电场作用下双键上的电子可以非常容易地移动,结果使双键可以成功地延着分子移动,实现其导电能力。G.MacDiarmid H.Shirakawa J.Heeger一 材料导电能力的差异与原因电导率mSm11材料导电能力的差异与原因能带间隙(Energy Band Gap)金属之Eg值几乎
3、为0 eV,半导体材料Eg值在1.03.5 eV之间,绝缘体之Eg值则远大于3.5 eV。四 高分子材料导电能力的影响因素导电高分子材料聚乙炔的电导率高分子材料导电能力的影响因素掺杂率对导电高分子材料导电能力的影响 掺杂率小时,电导率随着掺杂率的增加而迅速增加;当达到一定值后,随掺杂率增加的变化电导率变化很小,此时为饱和掺杂率。1.00E-091.00E-071.00E-051.00E-031.00E-011.00E+011.00E+03020406080100120聚乙炔的共轭度(掺碘率3.5,室温测试)电导率,S/m高分子材料导电能力的影响因素共轭链长度对导电高分子材料导电能力的影响 电子
4、运动的波函数在沿着分子链方向有较大的电子云密度,并且随着共轭链长度的增加,这种趋势更加明显,导致聚合物电导率的增加。高分子材料导电能力的影响因素温度对导电高分子材料导电能力的影响 对金属晶体,温度升高引起的晶格振动阻碍其在晶体中的自由运动;而对于聚乙炔,温度的升高有利于电子从分子热振动中获得能量,克服其能带间隙,实现导电过程。导电高分子材料的研究进展 1974年日本筑波大学H.Shirakawa在合成聚乙炔的实验中,偶然地投入过量1000倍的催化剂,合成出令人兴奋的有铜色的顺式聚乙炔薄膜与银白色光泽的反式聚乙炔。Ti(OC4H9)4Al(C2H5)3HCCH1000 倍催化剂温度108107
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