先进高分子材料

由天下分享时间：2025/1/19 8:36:38 加入收藏我要投稿点赞

聚乙炔

导电高分子的发现

聚乙炔（Polyacetylene）是第一种被发现的导电高聚物，它的发现也打破了有机聚合物不能作为导电材料这一观念。它由两位美国科学家A.F.Heeger和A.G.Macdiarmid和一位日本科

【】

学家H.Shirakawa发现导电性质。上述三位科学家因此获得了2000年诺贝尔化学奖1。人们看到了导电高分子宽广的前景，进行了大量的研究，随后聚噻吩（PTH）聚吡咯（PPy）聚对亚苯（PPP）聚苯乙炔(PPV)聚苯胺(PANI)出现了······导电高聚物的研究也变成热门领域，对其的研究也变得深入。

经过20余年的研究，导电高聚物在材料的分子设计和合成，掺杂方法和机理，导电机理，结构与光、电、磁物理性能及其相关原理，可溶性和加工性、技术应用探索和实用化等方面

【２】

都取得了长足进展，并向实用化的方向发展。相信导电高聚物将是21世纪重要的智能材料之一。

聚乙炔的特点

聚乙炔（乙炔的聚合物），有顺式聚乙炔和反式聚乙炔两种立体异构体。

图1-１【３】

聚乙炔是最简单的聚炔烃。线型高分子量聚乙炔是不溶不熔，对氧敏感的结晶性高分子半导体，深色有金属光泽。顺式和反式聚乙炔的电导率分别为 10^-9和10^-5／欧·厘米，如用碘、溴等卤素或BF3、AsF3等路易斯酸渗杂后，其导电率可提高到金属水平（约10^3／欧·厘米），

【４】

因此称为合成金属及高分子导体。

聚乙炔导电工作机理

聚乙炔的独特结构，决定了它有导电性质。在其链状结构中，每一结构单元（-CH-）中

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碳原子外层有四个价电子，其中有三个电子构成三个sp3杂化轨道，分别与一个氢原子和两个相邻的碳原子形成

键。余下的p电子轨道在空间分布上与三个

轨道构成的平面垂直。

在聚乙炔分子中相邻碳原子之间的p电子在平面外相互重叠构成键。右分子电子结构分析，聚乙炔结构除了写成图1-１给出的形式外，还可以写成以下自由基的形式：

图１－２

图中碳原子有山脚的符号·表示未参与形成

键的p电子。上述聚乙炔结构可以看成众多享

有一个未成对电子的CH自由基组成的长链，当所有碳原子处在一个平面时，其未成对电子云在空间取向平行，并互相重叠构成共轭键。根据固态物理理论，这种结构应是一个理想

【５】

的一维金属结构，电子应能在一维方向上移动，这是分子材料导电理论基础。但是单单的聚乙炔电导率太小，可用性小。未掺杂型顺式聚乙炔电导率1.7*10^-9 S/cm,反式聚乙炔电导率4.4*10^-5，但经过掺杂后碘蒸气掺杂后，电导率5.5*10^2;萘基锂掺杂后，电导率2*10^2。电导率从绝缘体半导体级别到达导体级别，有了质的飞跃。因为掺杂可以减小能级差，从而

【５】

大大提高电导率。

聚乙炔的应用

导电聚乙炔具有高电导率、可逆的氧化/还原特性、较大的比表面积和密度小等特点，使它成为二次电池的理想材料。1979年Nigrey首次制成聚乙炔的模型二次电池。但是，至目前为止导电高聚物的二次电池还没有市场化，其主要原因是自放电导致电池不稳定以及电池性能的市场竞争力不强。因此，改善电池性能和改进电池的加工工艺仍需要做大量研究和开发

【２】

工作。相信它会在不远的将来市场化，并走入千家万户。

聚乙炔还可用于有机太阳能电池，这是正在进行研究的另一种新型电池，因其转化率还比较低，目前尚未进入实用化阶段，但由于它工艺简单，成本低廉，所以是一类颇具希望的

【６】

电池。

展望

导电高聚物作为新兴的材料，人们对它的研究还不够深入，还处于实验室阶段，没有工

业化，没有市场化，更没有家庭化，但相信研究有不减的热度，不停的进展。相信它会在将来，被应用到很多领域，普及，给我们的生活带来很多变化、方便。美好的未来啊！

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参考文献

【１】赵文元赵文明王亦军《聚合物材料的电学性能及其应用》化学工业出版社 2006年4月

【２】王国建王德海邱军赵立群《功能高分子材料》华东理工大学出版社2006年8月