[如何用作图法计算配离子或配位化合物的稳定常数]一、 1、配合物的定义 由中心离子(或原子)和几个配体分子(或离子)以配位键相结合而形成的复杂分子或离子,通常称为配位单元。凡是含有配位单元的化合物都称作配位化合物,简称配合...+阅读
本征型导电聚合物材料也被称为结构导电聚合物材料. 结构性导电聚合物根据其导电机理的不同可分为自由电子的电子导电聚合物;离子导电聚合物;氧化还原型导电聚合物。
(1) 电子导电聚合物的导电机理及特点 在电子导电聚合物的导电过程中,载流子是聚合物中的自由电子或空穴,导电过程中载流子在电场的作用下能够在聚合物内定向移动形成电流。电子导电聚合物的共同结构特征是分子内有大的线性共轭π电子体系,给自由电子提供了离域迁移条件。作为有机材料,聚合物是以分子形态存在的,其电子多为定域电子或具有有限离域能力的电子。π电子虽然具有离域能力,但它并不是自由电子。当有机化合物具有共轭结构时,π电子体系增大,电子的离 域性增强,可移动范围增大。当共轭结构达到足够大时,化合物即可提供自由电子,具有了导电功能。 纯净或未“掺杂”上述聚合物分子中各π健分子轨道之间还存在着一定的能级差。而在电场作用下,电子在聚合物内部迁移必须跨越这一能级,这一能级差的存在造成π电子还不能在共轭聚合中完全自由跨越移动。掺杂的目的都是为了在聚合物的空轨道中加入电子,或从占有的轨道中拉出电子,进而改变现有π电子能带的能级,出现能量居中的半充满能带,减小能带间的能量差,使得自由电子或空穴迁移时的阻碍力减小因而导电能力大大提高。掺杂的方法目前有化学掺杂和物理掺杂。电子导电聚合物的导电性能受掺杂剂、掺杂量、温度、聚合物分子中共轭链的长度的影响。
(2) 离子型导电聚合物的导电机理 以正负离子为载流子的导电聚合物被称为离子型导电聚合物。解释其导电机理的理论中比较受大家认同的有非晶区扩散传导离子导电理论、离子导电聚合物自由体积理论和无须亚晶格离子的传输机理等理论。固体离子导电的两个先决条件是具有能定向移动的离子和具有对离子溶和能力。研究导电高分子材料也必须满足以上两个条件,即含有并允许体积相对较大的离子在其中“扩散运动”;聚合物对离子具有一定的“溶解作用”。非晶区扩散传导离子导电理论认为如同玻璃等无机非晶态物质一样,非晶态的聚合物也有一个玻璃化转变温度。在玻璃化温度以下时,聚合物主要呈固体晶体性质,但在此温度以上,聚合物的物理性质发生了显著变化,类似于高粘度液体,有一定的流动性。因此,当聚合物中有小分子离子时,在电场的作用下,该离子受到一个定向力,可以在聚合物内发生一定程度的定向扩散运动,因此,具有导电性,呈现出电解质的性质。随着温度的提高,聚合物的流动性愈显突出,导电能力也得到提高,但机械强度有所下降。 离子导电聚合物自由体积理论认为,虽然在玻璃化转变温度以上时,聚合物呈现某种程度的“液体”性质,但是聚合物分子的巨大体积和分子间力使 聚合物中的离子仍不能像在液体中那样自由扩散运 动,聚合物本身呈现的仅仅是某种粘弹性,而不是液 体的流动性。在一定温度下聚合物分子要发生一定 振幅的振动。其振动能量足以抗衡来自周围的静压 力,在分子周围建立起一个小的空间来满足分子振 动的需要。来源于每个聚合分子热振动形成小空间 满足分子振动的需要。当振动能量足够大,自由体 积可能会超过离子本身体积。在这种情况下,聚合 物中的离子可能发生位置互换而发生移动。如果施 加电场力,离子的运动将是定向的。离子导电聚合 物的导电能力与玻璃化转变温度及溶剂能力等有着 一定的关系。
(3) 氧化还原型导电聚合物。 这类聚合物的侧链上常带有可以进行可逆氧化还原反应的活性基团,有时聚合物骨架本身也具有可逆氧化还原反应能力。导电机理为:当电极电位达到聚合物中活性基团的还原电位(或氧化电位)时,靠近电极的活性基团首先被还原(或氧化) ,从电极得到(或失去) 一个电子,生成的还原态(或氧化态) 基团可以通过同样的还原反应(氧化反应) 将得到的电子再传给相邻的基团,自己则等待下一次反应。如此重复,直到将电子传送到另一侧电极,完成电子的定向移动。 离子型导电聚合物的制备 离子导电聚合物主要有以下几类:聚醚、聚酯和聚亚胺。分别是聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚癸二酸乙二醇、聚乙二醇亚胺等。聚环氧类聚合物是最常用的聚醚型离子化合物,主要以环氧乙烷和环氧丙烷为原料。在环氧化合物开环聚合过程中,由于起始试剂的酸性和引发剂活性的不同,引发、增长、交换(导致短链产物) 反应的相对速率不同,对聚合物速率和产品分子量的分布造成复杂的影响。环丙烷的阴离子聚合反应存在着向单链转移现象,导致生成的聚合物分子量下降,对此常采用阴离子配位聚合反应制备聚环丙烷。聚酯和聚酰胺是另一类常见的离子导电聚合物,其中乙二醇的聚酯一般由缩聚反应制备。采用二元酸和二元醇进行聚合得到的是线型聚合物,生成的聚合物柔性较大,玻璃化转变温度较低,适合于作为聚合电解质使用。二元酸衍生物与二元胺反应得到的聚酰胺也有类似的性质。 有什么不明白的,你可以给我留言,我们可以一起探讨一下。
能说明下导电聚合物材料的特点及其应用么
导电聚合物不仅具有较高的电导率,而且具有光导电性质、非线性光学性质、发光和磁性能等,它的柔韧性好,生产成本低,能效高。导电聚合物不仅在工业生产和军工方面具有广阔的应用前景,而且在日常生活和民用方面都具有极大的应用价值。
导电聚合物具有掺杂和脱掺杂特性、较高的室温电导率、较大的比表面积和比重轻等特点,因此可以用于可充放电的二次电池和电极材料。日本的精工电子公司和桥石公司联合研制的3伏钮扣式聚苯胺电池已在日本市场销售,德国的BASF公司研制的聚吡咯二次电池也在欧洲市场出现,日本关西电子和住友电气合作试制出高输出大容量的锂-聚合物二次电池。与普通的铅蓄电池相比,这种二次电池具有能量密度高、转换效率高和便于管理等特点。
导电聚合物在电化学掺杂时伴随着颜色的变化,它可以用作电致变色显示材料和器件。这种器件不但可以用于军事上的伪装隐身,而且可以用作节能玻璃窗的涂层。
导电聚合物具有防静电的特性,因此可以用于电磁屏蔽。传统的电磁屏蔽材料多为铜或铝箔,虽然它们具有很好的屏蔽效率,但重量重,价格昂贵。导电聚合物在电磁屏蔽方面具有几乎同样的性能,并且有成本低、可以制成大面积器件、使用方便等优点,因此是传统电磁屏蔽材料的一种理想替代品,可以用在诸如计算机房、手机、电视机、电脑和心脏起搏器上。
导电聚合物的电导率依赖于温度、湿度、气体和杂质等因素,因此可作为传感器的感应材料。目前,人们正在开发用导电聚合物制备的温度传感器、湿度传感器、气体传感器、pH传感器和生物传感器等。
导电聚合物还可以用来制作二极管、晶体管和相关电子器件,如肖特基二极管、整流器、光电开关和场效应管等。
有些导电聚合物具有光导性,即在光的作用下,能引起光生载流子的形成和迁移,可以用作信息处理如静电复印和全息照相,也可以用于光电转换如太阳能电池。
导电聚合物之所以引人注目,不仅是因为它具有好的电性能,而且还在于它具有不寻常的光学特性。导电高聚物具有好的非线性光学性能,它的非线性光学系数大,响应速度快。由于非线性光学材料具有波长变换、增大振幅和开关记忆等许多功能,因此作为21世纪信息处理和前所未有的光计算基本元件而特别令人关注。另外,导电聚合物还是光折变和光限幅材料。
自1990年剑桥大学推出聚合物电致发光器件以来,在材料科学和信息技术领域引起了世界范围内的国际竞争——有机高分子全色平面显示材料与器件。它所具有的自发光、高亮度、高效率、低压直流驱动、低成本、无视角依赖、快响应速度、薄、轻、柔性好、大面积和全色显示等优点,给现代显示技术展现了美好的前景。该领域吸引着许多国家不同学科的科学家以及越来越多的研究机构和公司的关注和投入。目前,菲利浦和柯达公司用有机LED制作手机显示屏,先锋公司用有机 LED制作汽车显示屏,并建成了月产3万台的生产线。2005年以前,有机聚合物LED的市场预计有35亿美元。
人们早已确认了氧化还原蛋白质的存在,后来随着对金属蛋白质立体结构的了解,蛋白质内部的电子转移的研究工作也活跃起来。最新研究发现,DNA具有导电性。因此,与生命科学相结合,导电聚合物可以用来制造人造肌肉和人造神经,这将是导电聚合物在应用上的又一重大突破。
导电聚合物作为锂离子电极材料的缺点有哪些
导电聚合物作为锂离子电极材料的缺点有哪些
锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。这些电池内部材料包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料等。其中正、负极材料的选择和质量直接决定锂离子电池的性能与价格。因此廉价、高性能的正、负极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。负极材料一般选用碳材料,目前的发展比较成熟。而正极材料的开发已经成为制约锂离子电池性能进一步提高、价格进一步降低的重要因素。在目前的商业化生产的锂离子电池中,正极材料的成本大约占整个电池成本的40%左右,正极材料价格的降低直接决定着锂离子电池价格的降低。对锂离子动力电池尤其如此。比如一块手机用的小型锂离子电池大约只需要5克左右的正极材料,而驱动一辆公共汽车用的锂离子动力电池可能需要高达500千克的正极材料。
衡量锂离子电池正极材料的好坏,大致可以从以下几个方面进行评估:(1)正极材料应有较高的氧化还原电位,从而使电池有较高的输出电压;(2)锂离子能够在正极材料中大量的可逆地嵌入和脱嵌,以使电池有高的容量;(3)在锂离子嵌入/脱嵌过程中,正极材料的结构应尽可能不发生变化或小发生变化,以保证电池良好的循环性能;(4)正极的氧化还原电位在锂离子的嵌入/脱嵌过程中变化应尽可能小,使电池的电压不会发生显著变化,以保证电池平稳地充电和放电;(5)正极材料应有较高的电导率,能使电池大电流地充电和放电;(6)正极不与电解质等发生化学反应;(7)锂离子在电极材料中应有较大的扩散系数,便于电池快速充电和放电;(8)价格便宜,对环境无污染。
有哪些导电的粘合剂
导电型胶粘剂,简称导电胶,是一种既能有效地胶接各种材料,又具有导电性能的胶粘剂。导电胶粘剂包括两大类,各向同性均质导电胶粘 剂(1CA)和各向异性导电胶粘剂(ACA)。ICA是指各个方向均导电的胶粘剂;ACA则不一样,如Z—轴ACA是指在Z方向导电的胶粘剂,而在X和Y 方向则不导电。当前的研究主要集中在ICA。
导电胶按基体组成可分为结构型和填充型两大类。结构型是指作为导电胶基体的高分子材料本身 即具有导电性的导电胶;填充型是指通常胶粘剂作为基体,而依靠添加导电性填料使胶液具有导电作用的导电胶。目前导电高分子材料的制备十分复杂、离实际应用 还有较大的距离,因此广泛使用的均为填充型导电胶。
在填充型导电胶中添加的导电性填料,通常均为金属粉末。由于采用的金属粉末的种类、 粒度、结构、用量的不同,以及所采用的胶粘剂基体种类的不同,导电胶的种类及其性能也有很大区别。目前普遍使用的是银粉填充型导电胶。而在一些对导电性能 要求不十分高的场合,也使用铜粉填充型导电胶。
目前市场上的填充型导电胶,就其基体而言,主要有以下几类:环氧类—其基体材料为环氧树 脂,填充的导电金属粒子主要为Ag、Ni、Cu(镀Ag);硅酮类—其基体材料为硅酮,填充的导电金属粒子主要为Ag、Cu(镀Ag);聚合物类—其基体 材料为聚合物,填充的导电金属粒子主要为Ag。
导电胶的主要应用
导电胶粘剂用于微电子装配,包括细导线与印刷线路、电镀底板、陶瓷被粘物的金属层、金属底盘连接,粘接导线与管座,粘接元件与穿过印刷线路的平面孔,粘接波导调谐以及孔修补。
胶粘剂用于取代焊接温度超过因焊接形成氧化膜时耐受能力的点焊。导电胶粘剂作为锡铅焊料的替代晶,其主要应用范围如:电话和移动通信系统;广播、电视、计算机等行业;汽车工业;医用设备;解决电磁兼容(EMC)等方面。
导电胶粘剂的另一应用就是在铁电体装置中用于电极片与磁体晶体的粘接。导电胶粘剂可取代焊药和晶体因焊接温度趋于沉积的焊接。用于电池接线柱的粘接是当焊接温度不利时导电胶粘剂的又一用途。
导电胶粘剂能形成足够强度的接头,因此,可以用作结构胶粘剂。
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