
【化】 conductive polymeric material
導電高分子材料(Conductive Polymer Materials)是指通過化學摻雜或結構設計,使原本絕緣的高分子聚合物具備導電性能的一類功能材料。其英文術語在學術文獻中常表述為"Electrically Conductive Polymers"或"Intrinsically Conductive Polymers"(ICPs),區别于傳統添加導電填料的複合材料。
從分子結構角度,這類材料通過共轭π電子體系實現電荷傳輸,典型代表包括聚乙炔、聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)和聚噻吩(PEDOT)。其導電率可在10⁻⁵至10⁴ S/cm範圍内調控,接近金屬半導體範疇。根據中國科學院化學研究所的專題報告,摻雜過程通過氧化還原反應在聚合物主鍊中形成極化子或雙極化子,是激活導電性的關鍵機制。
該材料的裡程碑發展始于1977年白川英樹團隊發現碘摻雜聚乙炔的金屬導電性,這項突破性研究獲得2000年諾貝爾化學獎。美國化學會(ACS)出版物指出,現代應用已延伸至柔性電子器件、電磁屏蔽、防靜電塗層和生物傳感器等多個領域,特别是PEDOT:PSS在有機太陽能電池中的界面層應用,使器件效率提升至18%以上。
未來研究方向聚焦于提升環境穩定性和加工性能,如德國馬普研究所近年開發的基于噻吩-苯并二噻吩(T-BT)的新型共聚物,在保持高導電性的同時實現了水溶液加工性。《材料科學進展》期刊預測,隨着可穿戴設備市場擴大,全球導電高分子市場規模将在2030年突破120億美元。
導電高分子材料是一類通過特殊結構或摻雜處理獲得導電性能的高分子材料,其電導率可達到半導體甚至金屬水平(通常超過1000S/cm)。以下是詳細解析:
導電高分子材料由具有共轭π鍵的高分子主鍊構成,通過化學或電化學“摻雜”改變電子狀态,使其從絕緣體轉變為導體。與金屬/碳粉複合的導電塑料不同,這類材料本質具有導電能力,屬于結構型(本征型)導電材料。
電子導電型
離子導電型
複合型
廣泛應用于柔性電子元件(如折疊屏電路)、傳感器、電磁屏蔽材料、新能源電池(如固态電解質)及防腐塗層。
1977年,Heeger、MacDiarmid和白川英樹發現摻雜聚乙炔的金屬導電性,颠覆了“高分子不導電”的傳統認知。
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