導電高分子材料研究現狀及發展趨勢

2021-02-23 PMC大賽

隨著社會的快速發展,科學的不斷進步,許多新材料在發展中受到高度重視和積極的研發,科學的快速發展是導致這一結果的必然因素,同時生活質量的提高也會依賴與新材料的發明。高分子聚合材料,顧名思義,就是由大量分子聚合而成的,並且具有強度高、韌性好的特點,並在生產中得到了很好的應用。

導電高分子材料就是具有這種聚合功能的材料,並且該材料具有易於加工和聚合物材料的耐腐蝕性的特性。它不僅導電優良,而且在逐漸影響無機材料發展的速度。強導電性和電化學可逆性使得導電高分子材料具備了高質量材料的特性,並且現在可在充電電池的電極生產中也加入導電高分子材料。同樣在我國的先進技術開發和研究中也離不開導電高分子材料的參與。這樣的材料同時能夠推動社會的穩步發展,所以這使得其發展備受科學界的關注。

 


從生產方式的不同和材料結構的不同可以將導電高分子材料分為複合型材料與結構型材料兩類。複合型材料與結構型材料之間雖然有很大的相似性,但同時兩者之間也有較大的不同,並且兩者的應用方向的使用範圍也存在較大的差異。因此,正確認識這兩種導電高分子材料在科學研究中的特點和特點,針對不同的特點進行研究,可以使其應用更加科學合理。下面對這兩種材料分別進行研究。


1.1複合型導電高分子材料

複合導電高分子材料通過填充複合材料,表面混合或層壓普通聚合物材料和各種導電材料而獲得。而且複合型導電高分子材料品種較多,主要有:塑料、橡膠、塗料、電池的應用等等。其性質與導電填料的類型、使用量,顆粒度和狀態及其在聚合物材料中的分散狀態密切相關。常常使用炭、粉末狀金屬、金屬纖維等作為導電高分子的導電填料。


1.2結構型導電高分子材料

這種材料是指其本身具有導電功能或摻雜其他材料後也具有導電功能的一種聚合物材料。由於這一類材料的電導率各不相同,因此有高分子半導體,聚合物金屬和聚合物超導體幾種分類。導電機制的不同,也可以分為電子導電聚合物材料和離子導電聚合物材料。電子導電聚合物材料的結構特徵是它具有線性或平面的大共軛體系,並且通過在熱或光的作用下激活π電子來導電,半導體的範圍一般包括電導率。在高分子聚合物材料中添加其他物質可以在一定程度上提高其導電性能。例如,添加聚氮化硫並在超低溫的作用下可以變為聚合物超導體。結構化導電聚合物材料的用途比較廣泛,在太陽能電池,傳感器裝置,微波吸收材料等材料的試製過程中可以發揮一定的作用。


但是在目前的實際運用過程中,由於其穩定性不夠良好,特別是摻雜材料在空氣中的氧化穩定性以及加工成形性和機械性能的問題。因此並沒有大規模的使用,還在研發階段。



對導電高分子材料的研究一直受到外界的廣泛關注,人們關注科學家企業投入如此多的精力,是否能夠在實際生活中發揮相應的作用。


經過多年的努力,導電高分子材料的取向已大大擴展。這也使得其材料的優勢得到了更大的發揮。導電高分子材料在生活中的應用我們要不斷總結其特性和優點,以便於後續研究中進行更好的改進,使其更好的服務於生活。下面將從幾個方面分析它的實際運用。


2.1顯示材料

由於電解合成的導電聚合物材料有一種特殊的性質,在電化學摻雜過程中可以發生顏色的改變,因此可以將其作為變色裝置。這種聚合物材料的電化學反應是可逆的,也就是說,可以通過電化學實現去摻雜和再摻雜。這種電化學聚合物材料在電化學摻雜後,可以變為絕緣體,在氧化摻雜後可以用來製作導體。


由於摻雜和去摻雜的程度不同,材料的導電性能也會不同。因此,可以依靠控制作用的電量的不同,可以在導體,半導體和絕緣體之間改變導電聚合物材料。不同類型的材料的電導率的變化對應著不同的光學性質,所以可以根據這個原理來製作顯示材料。這種變色功能聚合物材料也廣泛用於生活中,例如:節能玻璃的塗層,顯示組件,儀器儀表等。


2.2電池

具有可逆的電化學反應和還原特性是導電高分子所具有的一個重要特徵,而且其密度相比於其他導電材料來說要小得多,在室溫下具有導電率大和比表面積大的特性。對於電池來說,這是一種非常好的電極材料。例如,由於聚吡咯的高度摻雜和強穩定性,並且對電信息的變化也非常敏感的性質,可以使用聚吡咯應用於常規紡織品以使其成為電導體。


由導電聚合物材料製成的二次電池具有易於生產,加工,成膜,柔韌,體積小,重量輕和能量高的特點。如果解決了有機物質的耐久性和高壓下有機溶劑的穩定性,則可以基於導電聚合物材料使二次電池商業化。


2.3導體

導電聚合物材料可以通過填充和配混,表面混合等合成導體粉末如金屬粉末或炭黑和聚合物材料來製備。與傳統的金屬導體相比,複合合成導電聚合物材料具有有非常多的優點,容易加工、實用範圍更廣、密度非常低、對腐蝕具有很強的抵抗性;電導率可以根據電化學可逆反應變化,方便實際應用;材料相對便宜,適合大規模生產。


導電聚合物作為超級電容器電極具有許多優點,例如柔韌性極高,導電功能很強,便於實際加工,還可以做成薄膜。許多導電聚合物材料表現出高比容量和電容,並且可以以高相對速度傳遞能量,但它也有一個嚴重的缺點,循環使用的壽命低。


2.4藥物釋放

導電聚合物的摻雜和去摻雜過程實際上是陰離子的嵌入和脫嵌過程,通過這個過程,可以將藥物通過皮膚送進人的體內。使用這兩點,可以生產含有藥物的導電聚合物電池,並且當電流接通時,藥物從育齡期皮革中釋放出來,並通過皮膚而進入血液。聚吡咯是該領域中第一種也是最廣泛使用的導電聚合物。

通過以上對導電高分子材料的優勢分析,說明其在以後的發展中具有極大的發展潛力,下面就導電高分子的優點來分析其在以後的研究和展望。


3.1能夠解決其他導電高聚物的不穩定性和不易加工性

現在大多數的導電聚合物幾乎不同時具備高導電性、高穩定性和易加工的性能。而導電高分子材料的出現可有效解決這一難題,現在出現的可溶性導電聚合物出現能夠同時具備高導電性、高穩定性和易加工的特性。


3.2導電高聚物在分子領域內的研究


各個國家的科學家和技術人員都對新材料的研發非常有興趣。如果導電高聚物的技術性能能夠得到很大的提升並且同時能夠滿足綠色化學的要求,使用導電聚合物變得切實可行,傳統材料電子行業也必將掀起一股新的技術革命。



我們平常在生活中也在經常使用有聚合物製成的高分子材料。新材料的不斷發展能夠促進社會的快速進步,所以我們不僅要對現有的材料進行更全面的研究、同時還要深入研究。通過以上對高分子材料的廣泛研究,可以發現導電高分子材料在生活中使用用途非常的廣泛,而且其使用價值還有很多未發掘的地方等待我們去探索,同時也說明的其在未來具有很高的研究價值。因此,繼續研究導電聚合物材料非常重要,這樣才能在實際生產和生活中充分利用。

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