
【化】 conductive polymeric material
导电高分子材料(Conductive Polymer Materials)是指通过化学掺杂或结构设计,使原本绝缘的高分子聚合物具备导电性能的一类功能材料。其英文术语在学术文献中常表述为"Electrically Conductive Polymers"或"Intrinsically Conductive Polymers"(ICPs),区别于传统添加导电填料的复合材料。
从分子结构角度,这类材料通过共轭π电子体系实现电荷传输,典型代表包括聚乙炔、聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)和聚噻吩(PEDOT)。其导电率可在10⁻⁵至10⁴ S/cm范围内调控,接近金属半导体范畴。根据中国科学院化学研究所的专题报告,掺杂过程通过氧化还原反应在聚合物主链中形成极化子或双极化子,是激活导电性的关键机制。
该材料的里程碑发展始于1977年白川英树团队发现碘掺杂聚乙炔的金属导电性,这项突破性研究获得2000年诺贝尔化学奖。美国化学会(ACS)出版物指出,现代应用已延伸至柔性电子器件、电磁屏蔽、防静电涂层和生物传感器等多个领域,特别是PEDOT:PSS在有机太阳能电池中的界面层应用,使器件效率提升至18%以上。
未来研究方向聚焦于提升环境稳定性和加工性能,如德国马普研究所近年开发的基于噻吩-苯并二噻吩(T-BT)的新型共聚物,在保持高导电性的同时实现了水溶液加工性。《材料科学进展》期刊预测,随着可穿戴设备市场扩大,全球导电高分子市场规模将在2030年突破120亿美元。
导电高分子材料是一类通过特殊结构或掺杂处理获得导电性能的高分子材料,其电导率可达到半导体甚至金属水平(通常超过1000S/cm)。以下是详细解析:
导电高分子材料由具有共轭π键的高分子主链构成,通过化学或电化学“掺杂”改变电子状态,使其从绝缘体转变为导体。与金属/碳粉复合的导电塑料不同,这类材料本质具有导电能力,属于结构型(本征型)导电材料。
电子导电型
离子导电型
复合型
广泛应用于柔性电子元件(如折叠屏电路)、传感器、电磁屏蔽材料、新能源电池(如固态电解质)及防腐涂层。
1977年,Heeger、MacDiarmid和白川英树发现掺杂聚乙炔的金属导电性,颠覆了“高分子不导电”的传统认知。
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