纳米导电高分子材料结构特性和相关研究进展综述.doc

结构化学结课论文 纳米导电高分子材料结构特性和相关研究进展综述 Research Progress in Structure Characteristic and Synthesis of Conducting Polymer Nanostructures 陈明龙 摘 要 纳米导电高分子不仅具有导电性能，而且具有纳米材料的特殊性能。综述了纳米导电高分子材料的结构特性、分类、制备方法及研究进展，并提出了未来的研究发展方向。 关键词：导电高分子材料 纳米材料 结构特性 制备方法 Abstract Conducting polymer nanostructures not only have high conductivity，but also have special effect as nanophase materials．Research progress in conducting polymer nanostructures are reviewed，including structure characteristic，classification，synthesis and research development．Potential research direction is discussed． Key words：conducting polymer，nanophase materials，structure characteristic，synthesis 目 录 摘 要 I Abstract I 引 言 1 1 结构特性的产生 1 2 材料分类 2 3 制备方法 3 3.1 微乳液聚合法 3 3.2 模板合成法 3 3.3 非模板合成法 5 4 新技术、新方法的应用 5 5 未来研究的发展方向 6 参考文献 6 引 言 导电高分子材料(CPs)是由具有共轭π键结构的高分子经化学或电化学“掺杂”，使其由绝缘体转变为导体或半导体的一类高分子材料，包括本征态(结构型)导电高分子材料和掺杂态导电高分子材料。导电高分子材料无需添加无机导电材料即可导电，且π电子的成键与反键能带之间能隙小(Eg=1.5～4.2eV)，接近于无机半导体的导带一价带能隙。本征态导电高分子材料不仅由于发生“P型掺杂”(失去电子)或“N型掺杂”(得到电子)而形成掺杂态导电高分子材料，而且具有分子结构可设计、原料来源广、易加工、比重轻的特点，其室温电导率可在绝缘体-半导体-金属导体范围(～10 S／cm)内变化。 近年来，快速发展起来的纳米导电高分子材料合成与制备(如纳米粒子、纳米线、纳米纤维、纳米管、纳米棒和导电高分子纳米复合材料，其中包括无机-导电高分子纳米复合材料和高分子-导电高分子纳米复合材料)使得导电高分子材料的光、电、磁、催化等性能发生了显著变化，同时也获得了一些特殊的纳米效应或特殊性能，并有望在电子学、磁学、光学、光子学及纳米光电子器件上获得广泛应用。本文对纳米导电高分子材料的结构特性、分类、制备方法及研究进展进行综述，并提出了未来的研究发展方向。 1 结构特性的产生 纳米材料具有特殊的物理及化学性质，如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子效应，使其具有较大的比表积、比表面能和表面电荷密度，易形成自组装体系(Self-assembly systems)结构，呈现的电子结构与性能不同于微米尺寸的材料 。纳米导电高分子材料是由具有三维空间中至少有一维处于纳米尺寸范围(1～100nm)或其基本结构单元构成是纳米结构的导电高分子材料。导电高分子纳米粒子(CPs nanoparticles)可视为三维限域下的量子点(quantum dots)，分子链上的载流子(极化子或离域电子)在三维方向上受限而局域在一个纳米尺度空间，带隙能量提高，并随着粒径的减小，吸收峰蓝移；导电高分子纳米纤维或纳米管(CPs nanofibers ornanotubes)可视作一维限域下的量子线(quantum wries)，分子链上的载流子(极化子或离域电子)在二维方向上受限，而在一维方向上形成离域态分布，带隙能量降低，吸收峰红移。这些纳米尺寸的限域作用也表现在电导率上，即球形或米粒形的纳米粒子具有较低的电导率，而纳米纤维或纳米微管则具有较高的电导率。 目前，对本征态导电高分子材料普遍采用的导电模型是颗粒金属岛模型(MI)，该模型充分考虑到分子链的各向异性及内部的不均匀性，综合了一维可变程跃迁模型(VRH)和受限涨落诱导隧道模型(FIT)的优点。MacDiarmid 认为整个导电高分子链的导电体系是由高电导率的金属区(metal island)及包围在金属区周围的绝缘区(amorphous sea)所组成，宏观电导率与分子链内电导率()及分子链间