探讨有机导电高分子材料的导电机制

探讨有机导电高分子材料的导电机制

周珉

身份证： 45021119870805****

摘要：导电高分子的研究起源于二十世纪七十年代，其应用前景十分广阔，因此受到了十分广泛的关注与重视，甚至逐渐成为了国际上十分活跃的一种研究领域，对其的研究也开始由实验室的研究朝着实践应用方面的发展，并广泛及普遍的将其推广到能源、信息与传感器等方面。本文首先分析了导电高分子材料的种类与发展趋势，继而重点分析了有机导电高分子材料的实际导电机制，并且在研究的过程中逐步提出其未来的发展方向。

关键词：导点高分子；导点机制；导点材料

引言

高分子材料的机械性相对明显，并且其同样可以用作结构类材料。现如今的高分子材料已经逐渐的覆盖了绝缘体、金属与半导体等领域。所谓有机化合物，主要包含有P电子与R电子两类。R电子作为成键电子，有着较高的键能，但是其离域性小，同时还被称为定域电子。P电子的出现，是两个成键原子中P电子重叠所得。一旦P电子出现了被孤立的情况，十分可能会导致出现有线离域性，电子可以围绕着原子核的四周转。伴随着P共轭体系数量的逐步增加，离域性同样逐步提升。

一、导电高分子材料的种类

（一）复合型导

复合导电高分子材料发挥作用的主要是充负荷材料，其获得的方式主要包含表面混合或者是层压普通聚合物材料与各种导电材料。负荷型导电高分子材料有着比较的种类，具体来说主要包含有涂料、塑料与橡胶等。其具体的性质与导电填料的实际种类、使用料，实际的颗粒度和状态与其在聚合物材料中的世界处于一种紧密连接的状态。往往会选择与其在聚合物材料中的世界分散状况连接起来。普遍情况下可以选择使用粉末金属、炭有金属纤维等，将其用作高分子的导电类的填料用处。

（二）结构型

这一材料指的是具备电功能的聚合物类材料，它不仅有着导电功能，同时也掺杂了其他的材料。这一次材料的导电率并不同，具体可以将其分之为聚合物金属、聚合物超导体、高分子半导体等。从导电机制的差异角度看来，其可以充分分之为离子导电聚合物与电子聚合类材料。电子导电聚合物材料其结构特征之时，一般包含平面大共轭体系或者是线性，将光与热的作用充分发挥出来，将π电子激活，继而逐渐将导电的效用利用起来，在半导体的范围中，主要包含有电导率。并且在高分子聚合物的材料中，要提升其实际的导电性能，适当的添加一些其他的物质。

二、导电高分子发展趋势

（一）避免出现不易加工性与不稳定性

现如今，诸多的导电聚合物都带有一定的易加工性、不稳定性和高导电性等特征。发挥导电高分子材料的作用，可以有效的解决此类难题，但是当前出现的可溶性导电聚合物有着十分显著的易加工性、高稳定性等特征。

（二）导电高聚物在分子领域的研究

诸多国家都对此领域有着较为深入的分析与研究，保证导电高聚物的技术性不断提升的过程中，适当的实现绿色化学需求的实现，提升导电聚合物的可实现性，促使传统材料电子行业逐渐的追随技术改革的步伐，逐步适应时代的发展。

三、掺杂与导电

之所以要提升导电聚合物，主要是提升电子聚合物的重要用途是逐步实现对能极差的控制，具体的手段方式是利用利用掺杂聚合物的方式变更能带中电子的实际占用情况，对Peierls过程进行压制，逐步实现能极差的合理控制。所谓掺杂具体指的是共轭结构高分子往上所出现电荷转移或者是氧化还原的状况，这一目的是为了可以在聚合物的空轨道中逐渐的增加电子，客观的改变现有P电子能带的能级，出现半充满能带，这一能带是能量居中过的，对能带间的具体能量进行合理控制，继而促使电子或者是空穴逐渐在迁移的过程中逐渐出现阻隔现象。掺杂剂的方式主要包含有n-型掺杂与p-型掺杂。p型掺杂能够促使载流子发展成为空穴，掺杂剂主要包含有碘、涅、三氧化铁等，它们基本都是电子接受体。n型掺杂会令载流子多数成为电子，同时掺杂剂的分类一般都是碱金属，这也是电子给予体。将掺杂的作用充分发挥出来，对于改变Fermi能级十分有利，逐步实现对导带与价带件的具体能级差的控制，载流子能够逐渐跃迁到空轨道中去，以此实现导电率的提升。

四、导电机制

（一）导电离子的基本概念

所谓离子导电聚合物也指的是一种导电聚合物，其主要是将正负离子当作载流子。离子在导电的过程中，是发挥外电场的作用，利用离子载流子的方式所实现的。和电子导电存在着极大地差异，离子导电的体积往往要相对较大，很难自由的在固体的晶格间灵活的活动，基于此，在离子导电的过程中，离子体积可以说是对导电的具体能力产生影响的一个十分重要的因素。许多的离子导电介质之所以会通过液体的形式展现出来，。是因为离子可以在液体的形态下自由的移动与扩撒。因此，从离子导电的角度而言，往往需要具备溶剂化能力与可定向移动的离子两个特征。

（二）离子导电机理

1.自由体积导电理论

尽管在玻璃化转变温度以上之时，聚合物是通过液体的形态呈现出来的，但是聚合物中的离子却并不会像液体一般随意的移动，之所以会出现这种现象，主要是由于聚合物分子的体积与分子间力过大，聚合物自身所呈现出来的仅仅是某种粘弹性，并不是液体的流动性。在自由体积理论中，离子的聚合物扩散运动，往往是在固定温度下进行的，需要分子出现一定程度的振动，并且这一振动所产生的能量是可以制衡周边静压力，并且被静压力制衡的，在分子的周边创造一定的空间实现对分子振动需求的满足，如果振动的能量达到一定的条件，自由体积也会逐渐的超越离子自身的体积，继而导致出现移动现象。如果施加了电场力，离子也往往会伴随有定向运动的状况，进而产生电流。从专业调查研究结果显示可以发现，自由体积一旦超越了离子体积的几率p，自由体积理论所揭示的是聚合物在玻璃化转温度之上，聚合物分子的热振动会在聚合物的内部逐渐的创造出一个小环境，通过这种方式来逐渐增加小体积物质扩散运动的可能性，体积如果呈现出了不断增加的趋势，对离子的扩散运动也会变得更加的有利，继而提升离子导电性。

2.非晶区扩散传导离子导电

无论是网状、线型还是分枝型，对聚合物的种类来说，都是不存在完整晶体结构的，一般的晶体结构都是在晶体或者是半晶体的结构状态下展现出来的，这也指的是非晶区的传输过程。和玻璃等无机非晶态物质一样，非晶态聚合物有着一个玻璃转变温度Tg，在Tg之下，聚合物主要是利用固态晶体的性质展现出来，并且呈现出来的也是一种冻结的状态，离子很难在聚合物中扩散，也很少会具备导电能力。并且在Tg之上的时候，有关聚合物的物理性质，往往会出现一种比较显著的变化，像是高粘度的液体一般，存在着显著的流动性，在聚合物中的小分子离子，可以在电场作用之下，在内部开展类似定向扩散的相关运动，继而具备一定的导电性。

结语

综上所述，我国的导电聚合物研究历史已有多年，并且研究水平也逐渐与国际接轨。对于导电高分子而言，并不需要保证其电学性能与铜一致，只要发挥其特色作用，促使其可以在一些特殊的场合中发挥作用即可。基于此，在导电高分子并未完全的实现金属态以前，只需在轻质、高弹性、柔韧性，特别是导电性、掺杂和脱掺杂性等方面进行深入研究，充分发挥导电聚合物的作用。

参考文献：

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[2]王大志. 有机高分子材料表面激光微熔覆电子浆料的形性控制技术研究[D].华中科技大学,2019.

[3]乔永生,沈腊珍. 有机导电高分子材料的导电机制[J]. 山西广播电视大学学报,2005,(02):104-105.