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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划生物导电材料导电高分子材料的应用与发展材料化学3班【摘要】：主要论述了导电高分子材料的种类、发展概况及其应用，对新近开发的复合型导电高分子材料产品进行了介绍，介绍了导电高分子材料的分类、导电机制、在各领域中的应用及研究进展并对导电高分子材料的发展进行了展望。【关键词】：导电高分子材料；复合型导电高分子；结构型导电高分子材料；制备；应用传统的高分子材料为绝缘材料，在使用时存在静电积累、电磁波干扰等危害，如用其制造的传送带，在传送煤炭的过程中易发生火灾和爆炸；油船因静电引起火灾；塑料薄膜
2、在生产过程中常因静电发生事故。随着大规模集成电路的迅速发展，静电及电磁波公害更加突出。随着电子线路集成化水平的提高，电磁波的影响将会引起误动等危害。这些问题的出现已严重阻碍了高分子材料的发展，因此，必须研制开发导电高分子材料来解决上述问题。1导电高分子材料的种类按照材料的结构与组成，可将导电高分子材料分为两大类。一类是复合型导电高分子材料，另一类是结构型导电高分子材料。复合型导电高分子材料复合型导电高分子材料是将各种导电性物质以不同的方式和加工工艺填充到聚合物基体中而构成的材料。几乎所有的聚合物都可制成复合型导电高分子材料。其一般的制备方法是填充高效导电粒子或导电纤维，如填充各类金属粉末、金属
3、化玻璃纤维、碳纤维、铝纤维、不锈钢纤维及锰、镍、铬、镁等金属纤维，填充纤维的最佳直径为7um。复合型导电高分子材料在技术上比结构型导电高分子材料具有更加成熟的优势，用量最大最为普及的是炭黑填充型和金属填充型。结构型导电高分子材料结构型导电高分子是指那些高分子材料本身或经过掺杂后具有导电功能的聚合物。这种高分子材料本身具有“固有”的导电性，由其结构提供导电载流子，一旦经掺杂后，电导率可大幅度提高，甚至可达到金属的导电水平。从导电时载流子的种类来看，结构型导电高分子材料又被分为离子型和电子型两类。离子型导电高分子通常又称为高分子固体电解质，它们导电时的载流子主要是离子。电子型导电高分子指的是以共轭
4、高分子为主体的导电高分子材料。导电时的载流子是电子，这类材料是目前世界导电高分子中研究开发的重点1。2.导电高分子材料的导电方式以及特性复合型导电高分子材料复合型导电高分子材料是指经物理改性后具有导电性的材料一般是指将导电性填料经改性后掺混于树脂中制成的根据导电填料的不同又可分为碳黑填充型及金属填充型复合型材料是目前用途最广用量最大的一种复合型导电材料碳黑填充型碳黑填充型导电材料是目前复合型导电材料中应用最广泛的一种。一是因为碳黑价格低、廉实用性强。二是因为碳黑能根据不同的导电要求有较大的选择余地。聚合物碳黑体系电阻率可在10-108之间调整，不仅可以消除和防止静电，还可以用作面装发热体，电磁
5、波屏蔽以及高导体电极材料等。三是导电持久稳定2。其缺点是产品颜色只能是黑色而影响外观。碳黑填充型导电机理可用导电能带、隧道效应和场致发射发射来解释。金属填充型导电材料金属填充型导电高分子材料起始于70年代初期，开始仅限于金属粉末填充用于消除静电的场合或用于金、铁、铜粉配制导电粘合剂。目前已使用的方法有表面金属化和填充金属型两种。表面金属化即采用电镀、喷涂、粘贴等方法使塑料制品表面形成一层高导电金属。填充金属型是以聚合物为基材，以金属粉末、金属丝、金属纤维等高导电材料为填充材料经适当混炼和成型加工后而得到的性能优异的导电材料3。银作为导电填料而制备的复合型导电材料是金属填充型导电材料的重要一种。
6、从单一物质的导电性而言，使用银粉当然是既有效又经济的，当需要特别高的导电率时，最好选用银粉作填料，当银粉体系中含量为50%-55%时，体系电导率约为10-4Wcm甚至可达5-7Wcm。但由于银价格昂贵，使用范围非常受限。同时银粉用量常比碳黑大，因为一般情况下金属粉末不利于形成链式结构，而这样高的金属含量又常导致聚合物力学性能受损。此外，高相对密度的银粉和低相对密度的高聚物树脂也存在分散和相容的困难。结构型导电高分子材料结构型导电高分子材料是带有共轭双键的结晶性高聚物。其导电机理主要是通过高聚物分子中的电子域引入导电性基团或者掺杂一些其他物质通过电荷变换形成导电性。结构型导电高分子材料具有有机高
7、分子的低密度、易加工成型的优点，又具有一定导电性的优点。1977年发现聚乙炔的导电现象以来，在世界范围内掀起了研究和开发导电高聚物的热潮。尽管聚乙炔是最早发现的导电高分子，具有接近铜的电导率，但由于它的环境稳定性问题一直未得到解决，应用基础研究方面的工作比较薄弱。而环境稳定性好的聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺目前已成为导电高分子的三大主要品种4。3.导电高分子材料的发展概况复合型导电高分子材料在工业上的应用始于20世纪60年代。它是将导电的炭黑、金属粉末、金属丝或碳纤维混到高分子基质中而形成的导电材料。进入80年代，美、德、日等国先后制定了有关限制电磁干扰/射频干扰公害的规定，规定生产的各种电子电气设
8、备必须有电磁屏蔽设施，使得导电高分子材料的研究开发空前活跃，市场需求量增大。从1982-1987年，美国对导电高分子材料的需求量增长了倍，日本从1980-1987年需求量增长了倍。90年代随着微电子工业的发展，导电高分子材料的市场越来越大。据预测，到21世纪初，导电塑料总消费量将从上世纪90年代初的万t增至万t，保持年增长率15%的势头。结构型导电高分子材料是1971年由日本白川研究用齐格勒-纳塔催化剂合成聚乙炔时发现的。80年代以来，发现聚对苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩、聚喹啉等共轭型聚合物均可通过掺杂形成高导电塑料。90年代，结构型导电高分子材料已部分进入实用化阶段，如德国ZipperingKe
9、ssler公司制成了用于生产高剪切的结构型导电高分子材料模塑部件的专用小型设备。BASF公司研制的聚乙炔，在导电率与质量比上已经达到许多金属相同的量级。虽然结构型导电高分子材料已开始进入实用化，但因其性能不稳定、难加工、成本高等缺点，使其占整个导电高分子材料的比重相当低，目前市场供应的产品90%以上是复合型的。据预测，到XX年结构型导电高分子材料将占总导电高分子材料销售额的%。此外，日本的道化学、三菱气体化学、宇部工业、德国的BASF等公司对导电塑料已经进入了更高层次的研究。目前聚乙炔是技术上最为成熟的结构型导电高分子材料，并且得到了推广应用。4.导电高分子的应用在隐身技术中的应用在结构型导电
10、高分子中的吸波机理可认为是电损耗和介电损耗。由于电磁波的存在，材料被反复极化，从而使分子电偶极子跟随电磁场的振荡而产生分子摩擦。与此同时，由于材料存在电导率，电磁波就会在材料中形成感应电流而产生热量，使得电磁波在这一过程中能量被消耗掉。要注意的是，并不是电导率越高吸收电磁波的效果越好，因为太高的电导率会增加材料表面对电磁波的反射，反而不利于电磁波的吸收。所以需要通过各种方法来调节电导率，从而调节到最好的隐身效果5。在复合型导电高分子材料中通常会加入纳米微粒材料作为吸收剂，掺杂到橡胶或树脂基质中。由于纳米微粒的尺寸在1100nm之间，而这又远小于雷达发射的电磁波波长，所以纳米微粒材料对电磁波的透
11、过率要比其他常规材料强得多，很大程度上减少了电磁波的反射率，使得雷达接收到的反射信号很微弱，从而就达到了隐身的作用。而且纳米微粒材料的比表面积比微米级材料要大很多，对于电磁波和红外光波的吸收率也比普通材料大很多，因而分别由探测物和雷达发射的红外光和电磁波被纳米粒子吸收掉，使得红外探测器和雷达就很难发现目标了6。用于防静电和电磁屏蔽方面导电高聚物最先应用是从防静电开始的。将特定比例的十二烷基苯磺酸和对甲苯磺酸混合酸掺杂的PANI与聚(丙烯腈一丁二烯一苯乙烯)树脂(ABS)共混挤出，制备了杂多酸掺杂PANIABS复合材料，通过现场聚合的方法在透明聚酯表面聚合了_一层导电PANI，表面电阻可控制在1
12、061097。通过对复合材料EMI屏蔽的研究，发现在101GHz下，复合材料的屏蔽效能随其中PANI含量的增大而增大。掺杂能提高PANI的屏蔽效能8。生物传感器Cosnier等研究发现了一种独特的内插层(一个分子可以将自己插层到DNA的双螺旋结构中)为基础的固定技术通过电流测定法测定单螺旋DNA结构。目标DNA螺旋可以被检测到，当它形成被搛针标记的双层DNA螺旋，随后被亲和力很强的内插层固定，而内插层被共价结合在PPy大分子上。这些PPy表面不仅可以用来检测任何的单链的DNA螺旋，而且其检出极限低，甚至可以达到1pgml。相反的，一个自由标记的DNA生物传感器可以用来检测在PPy包覆的微电极表
13、面以离子交换机理中静电交换为基础的杂交。经磷酸分子功能化的吡烙接枝到PPy表面使得DNA探针可以通过静电复合DNA磷酸盐基团(通过磷酸和镁离子)而被固定。而且也具有很低的检测限。这些传感器可以提供自由标记检测，并且可以再生而重复利用9。5.导电高分子材料的展望随着电子、电器领域对导电高分子材料需求的增长，导电高分子材料的开发及应用也日益扩大。目前导电高分子材料在美、日、德等国家的使用量已经达到较高的程度，需求量正在逐年成倍地增加。以美国为例，其导电高分子材料的市场值在l987年仅为l70万美元，而XX的市场值就达到了900万美元。在中国导电高分子材料各方面的开发研究正在积极展开，而且在电子、电
14、器工业中，导电高分子材料的需求量也在逐年增加。结构型导电高分子材料主要的开发应用方向是大功率蓄电池、微波吸收材料、太阳能电池、新型感光材料。复合型导电高分子材料是目前开发应用的重点，主要集中在抗静电材料和电磁屏蔽产品。复合型导电高分子材料的发展趋势主要有以下几个方面：提高导电性，同时降低填料填充量；在增加填充量和提高导电性的前提下，维持和改善复合材料的成型加工性能、力学性能及其它性能；开发导电材料新品种，拓宽应用领域；复合材料的多功能化，除了具有导电性外，还具有优良的阻燃性、阻隔性、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦等性能。经过几十年的探索与研究，导电高分子材料无论在分子结构理论、导电机理上，还是在品种、
15、高导电率和实际应用上都已取得惊人的进展。参考文献：1张凯,曾敏,雷毅,江潞霞.导电高分子材料的进展J.化工新型材料XX,07:13-15+24.2周祚万,卢易颖等.复合型导电高分子材料导电性能影响因素研究概况J.高分子材料科学与工程,1998,(2):53范五一,黄锁,蔡碧华等.切屑法铜纤维填充复合材料性能的研究.塑料科技1993,(4):74杨永芳,刘敏江.导电高分子材料研究进展J.工程塑料应用,XX,07:57-59.5陈东红,虞鑫海,徐永芬.导电高分子材料的研究进展J.化学与黏合,XX,06:61-64+76.6马培静.导电高分子材料在隐身技术中的应用J广州化学，XX，36(1)：59667张柏宇，苏小明等.聚苯胺导电复合材料研究进展及其应用J石化技术与应用，XX，22(6)8王丹,彭蜀晋,王拂阳等.导电高分子材料及其应用J.化学教学,XX,(5):71-749王珊,杨小玲,古元梓等.导电高分子材料研究进展J.化工科技,XX,20(3):62-66.生物质复合材料的研究进展摘要：生物质炭复合材料是一种原材料价格低廉,制造成本合理,性能独特,具有广阔的开发应用前景的新型炭复合材料。本
