导电高分子材料的优点十篇

导电高分子材料的优点篇1

关键词：有机半导体 材料 应用

1、前言

半导体材料是在室温下导电性介于导电材料和绝缘材料之间的一类功能材料。靠电子和空穴两种载流子实现导电，室温时电导率一般在105～107欧·米之间[1]。有机半导体材料的系统研究始于20世纪60年代，并且在近几十年来取得长足进步，2000年度诺贝尔化学奖授予白川英树等三位从事导电聚合物研究的科学家，这标志着有机半导体材料科学已经进入新的发展阶段[3]。

有机半导体材料与传统的无机半导体材料相比有一定的相似性，它们在电导率、载流子迁移率[4]和能隙等方面存在着较多的类似点，应用领域[5]也有一定的相似性。但是有机半导体材料又具有许多不同于无机半导体材料的新特点，有机半导体材料具有质量轻、柔韧易加工性、可低温大面积成膜等特点，将低成本的有机半导体材料用于微电子及光电子器件的研究近年来受到高度重视。近几年来建立起来的超快光谱技术和超微结构表征方法为研究有机半导体的激发态提供了手段，使有机半导体激发态性质、激发态结构[6]的基础研究和应用研究迅速发展。成为目前国际上最活跃的研究领域之一。

2、常见的有机半导体材料

已知的有机半导体[7]有几十种，包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等。有机半导体器件[8]对所有有机半导体材料有两点要求[9]：（1）高迁移率，以保证器件的开关速度；（2）低本征电导率，尽可能地降低器件漏电流，从而提高器件的开关比。

2.2 有机半导体材料分类

2.2.1 根据载流子传输类型划分

根据载流子传输类型[10～11]来划分半导体材料，无机半导体材料和有机半导体材料的划分标准是不同的。对无机半导体材料而言，它的N、P型主要取决于半导体中密度占优势的载流子类型，这是因为载流子是通过离域带（导带或价带）来传输的。因而，电子占多数的半导体为N型材料，空穴占多数则为P型材料。而对于有机半导体来说，对半导体类型的定义只能根据载流子输运能力大小来划分，这是因为有机半导体内部电子与空穴密度不存在明显差别，而且载流子是通过定域传输的，因而若一种有机半导体对电子输运能力“明显”优于对空穴的输运能力，则定义这种半导体为N型材料，反之则为P型材料。另外，如果对空穴和电子的传输能力相当，则把这种有机半导体材料称之为双极型材料。通常在有机半导体领域中也称N型有机半导体为电子传输材料，P型有机半导体为空穴传输材料。

2.2.1.1 P—型有机半导体材料

P型高聚物典型代表为烷基取代的聚噻吩，如典型的P型高聚物为区域规整聚32烷基噻吩能形成高度三维有序的聚合物分子链，但其场效应行为强烈地依赖于成膜所使用的溶剂。P型低聚物以噻吩及其衍生物为代表。实际上，历史上第一个制备出的OFET就是采用低聚噻吩为场效应材料。低聚物分子[12]由于可通过灵活改变分子链长度和引入官能团来调节分子轨道能级，因而在OFET中占重要地位。P型有机小分子[13]则拥有聚合物无法比拟的优点，如易于提纯，分子间的平面结构则大大降低了分子间的势垒，从而有利于载流子高速迁移；又因为其成膜工艺多，制备的半导体薄膜质量较好，目前部分有机半导体，如并五苯等已能制备成单晶，这大大提高了载流子场效应迁移率，拓展了OFET的应用空间。典型的P型有机小分子通常有并五苯、酚箐类化合物、苝、红荧烯等。

有机半导体材料中以P型有机半导体材料[14]为主，因此P型场效应材料研究进展比较迅速，种类也较多。另外，P型有机半导体材料的载流子迁移率和开关比，采用真空成膜的OFET性能大多比较优良。如单晶并五苯的OFET性能最好，大大超过了其它OFET性能，也大大超过了非晶硅薄膜晶体管。

2.2.1.2 N—型有机半导体材料

1990年第一个N—沟道OFET被报道，它采用双酞菁镥为场效应材料[15]，其器件性能一般，载流子迁移率为2×10—4cm2v—1·s—1（典型载流子迁移率约为1 cm2·v—1·s—1）。N—型有机半导体化合物对氧和湿度较敏感，从而造成场效应迁移率低和晶体管工作性能不稳定，因此N型有机场效应材料在数目上大大少于P型有机场效应材料。

为提高N型场效应材料[16]的稳定性和场效应迁移率，通常可通过调节其电子亲合能，如引入强吸电子基团—CN、—NO2或—F等来降低其LUMO能级，使得电子的注入和运输成为可能，这是目前获得高效N—沟道半导体材料的主要途径，或在其表面加一钝化层或完全包裹封装来实现。由于N型半导体材料较少、稳定性达不到要求，但它又是双极晶体管的重要组成部分，因而对稳定的高性能的N型场效应材料的研制是具有非常重要意义的。

同样地，N型场效应材料也分为高聚物、低聚物和有机小分子三类。目前，N型高聚物半导体材料不是很多。通过离子注入对PPV（聚乙烯）进行掺杂后，可以得到优良的工作性能和加工性能的N—沟道有机半导体材料。直到2000年采用蒸镀制膜，得到并五苯OFET的μe达到2.4 cm2/（V·s），Ion/Ioff达到108，分子晶体管的实现为晶体管微型化、大规模集成和超大规模集成奠定了坚实的基础。器件[17]的稳定性也有了很大提高，其中单晶二萘嵌苯的OFET性能最好，也超过非晶薄膜晶体管的载流子迁移率。

2.2.1.3 双极型材料

导电高分子材料的优点篇2

关键词：高分子材料；导电机理；导电塑料；用途

文章编号： 1005–6629(2012)5–0071–04 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

20世纪70年代，白川英树、Heeger和MacDiarmid等人首次合成了聚乙炔薄膜，后来又经掺杂发现了可导电的高聚物，这就是导电高分子材料。导电高分子材料的发现，改变了人们对传统塑料、橡胶等高分子材料是电、热的不良导体的观念，经过40多年的发展，导电高分子材料也从最初的聚乙炔发展到聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等数十种高分子材料，成为金属材料和无机导电材料的优良替代品。而今这种导电高分子材料已广泛应用于电子工业、航空航天工业之中，并对新型生物材料和新能源材料的开发产生巨大的影响。

1 高分子材料的分类及导电机理

导电高分子材料通常是指一类具有导电功能（包括半导电性、金属导电性和超导电性）、电导率在10-6 S/cm以上的聚合物材料。这类高分子材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜，以及电导率可在绝缘体-半导体-金属态（10-9到105 S/cm）的范围里变化。这种特性是目前其他材料所无法比拟的。按照材料结构和制备方法的不同可把导电高分子材料分为结构型（或本征型）导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。

1.1 结构型导电高分子材料

结构型导电高分子材料是指高分子本身或少量掺杂后具有导电性质的高分子材料，一般是由电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子受体或供体进行掺杂后制得的。结构型导电高分子材料具有易成型、质量轻、结构易变和半导体特性。最早发现的结构型高分子聚合物是用碘掺杂后形成的聚乙炔。这种掺杂后的聚乙炔的电导率高达105 S/cm。后来人们又相继开发出了聚苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等导电高分子材料。这些材料掺杂后电导率可达到半导体甚至金属导体的导电水平。

1.1.1 聚乙炔

纯净聚乙炔掺进施主杂质（碱金属（Li、Na、K）等）或受主杂质（卤素、AsF5、PF5等）后才能导电。与半导体不同的是，掺杂聚乙炔导电载流子是孤子。

聚乙炔中孤子是怎样形成的呢？反式聚乙炔结构有两种形式，互为镜像，如图1所示：

A相和B相能量相等，都是基态。如果原来整个反式聚乙炔处于A相，通过激发可以变为B相，中间出现的过渡区域，称为正畴壁，反之称为反畴壁。正畴壁称为孤子，反畴壁称为反孤子[1]。激发过程中所提供的能量只分布在正、反畴壁中，畴壁以外的部分能量不变。孤子态是由导带和价带各提供1/2个能级构成的，因此电荷Q=0，当用施主或受主杂质进行掺杂形成荷电孤子后，Q=±e。反式聚乙炔掺杂后，施主杂质向碳链提供电子，被激发形成的孤子带有负电，如果是受主杂质，将从碳链中吸取电子，使孤子带有正电。这样孤子就成为反式聚乙炔中的导电载流子。

聚乙炔是目前世界上室温下电导率最高的一种非金属材料，它比金属质量轻、延展性好，可用作太阳能电池、电磁开关、抗静电油漆、轻质电线、纽扣电池和高级电子器件等。

1.1.2 聚对苯撑

聚对苯撑（PPP）有如图2 所示两种结构形式：

其中（a）式稳定，而（b）不稳定，很难单独存在，当FeCl3与PPP掺杂时发生电荷转移使PPP分子链成为正离子，而FeCl3以FeCl4-负离子的形式加到分子链上，同时FeCl3被还原成FeCl2[2]，即：

2FeCl3+eFeCl4-+FeCl2

因此，掺杂过程实际上是一个氧化还原过程或电荷转移过程。如果掺杂剂为受体分子，电荷转移使高分子链成为正离子，掺杂剂为负离子，如果掺杂剂为给体时，则相反。聚对苯撑（PPP）的导电性和热稳定性优良，有多种合成方法，常温下为粉末，难以加工成型。电化学聚合可得到薄膜状产品，但电化学聚合的产物聚合度小、电气特性和机械性能低，可采用可溶性预聚体转换工艺提高其聚合度。

1.1.3 聚噻吩

噻吩的分子结构如图3所示，环上有两类C原子，因此在发生聚合反应时会有3种连接结构，其中α-α连接时，噻吩环之间的扭转角度最低，当其与一些复合材料发生掺杂时会通过π-π键共轭作用结合在一起，形成一个个相对独立的导电单元，这些导电单元相对纯的聚噻吩而言，具有更高的电导率[3]。

1.1.4 聚吡咯

聚吡咯（PPy）是少数稳定的导电高聚物之一，但纯PPy只有经过合适掺杂剂掺杂后才能表现出较好的导电性。聚吡咯常用的掺杂剂有金属盐类如FeCl3，卤素I2、Br2，质子酸如H2SO4等。不同种类的掺杂剂对PPy掺杂及形成高导电性的机理不同，但大部分具有氧化性的掺杂剂，其掺杂过程可以用电荷转移机理来解释。按此机理掺杂时，聚合物链给出电子，掺杂剂被还原成掺杂剂离子，然后此离子与聚合物链形成复合物以保持电中性。以FeCl3为氧化剂制备聚吡咯，通过电荷转移形成复合物，反应按下式进行[4]：

1.1.5 聚苯胺

与其他导电高聚物一样，聚苯胺（PAN）是共轭高分子，在高分子主链上交替重复单双链结构，具有的价电子云分布在分子内，相互作用形成能带等。其化学结构如图4 所示。

聚苯胺可以看作是苯二胺与醌二亚胺的共聚物，x的值用于表征聚苯胺的氧化还原程度，不同的x值对应于不同的结构、组分及电导率。完全还原型（x=1）和完全氧化型（x=0）都为绝缘体，在0＜x＜1的任一状态都能通过质子酸掺杂进行交换，当x=0.5时，电导率最大，且可通过聚合时氧化剂种类、浓度等条件控制x的大小。对其进行电化学或化学掺杂，使离子嵌入聚合物，以中和主链上的电荷，从而可使聚苯胺迅速并可逆地从绝缘态变成导电状态，当质子酸进行掺杂时，质子化优先发生在分子链的亚胺氮原子上。质子酸发生离解后，生成的（H+）转移至聚苯胺分子链上，使分子链中的亚胺上的氮原子发生质子化反应，生成元激发态极化子[5]。

聚苯胺（PAN）的研究后来居上，它与热塑性塑料掺混具有良好的导电性，与其他导电高聚物相比，具有良好的环境稳定性，易制成柔软、坚韧的膜，且价廉易得等优点。在日用商品及高科技方面有着广泛的应用前景。

1.2 复合型导电高分子材料

复合型导电高分子材料是以高分子聚合物作基体，加入相当数量的导电物质组合而成的，兼有高分子材料的加工性和金属导电性。既具有导电填料的导电性、导热性以及电磁屏蔽性，又具有基体高聚物的热塑性、柔韧性以及成型性，因而具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等很多优良的特点，已被广泛应用于电子工业、信息产业以及其他各种工程应用中。复合型导电塑料是经物理改性后具有导电性的塑料，一般是将导电性物质如碳黑、金属粉末、金属粒子、金属丝和碳纤维等掺混于树脂中制成。在技术上比结构型导电塑料成熟，不少品种已商业化生产。

目前，关于复合型导电高分子材料的导电机理有宏观渗流理论，即导电通路学说、微观量子力学隧道效应理论和微观量子力学场致发射效应等三种理论[6]。

（1）渗流理论：这一理论认为，当复合体系中导电填料用量增加到某一临界用量时，体系电阻率急剧下降，体系电阻率-导电填料用量曲线出现一个狭小的突变区域，在此区域内导电填料的任何微小变化都会导致电阻率显著变化，这种现象称为渗滤现象，导电填料的临界用量通常称为渗滤阈值。

（2）隧道效应理论：该理论认为复合体系在导电填料用量较低时，导电粒子间距较大，混合物微观结构中尚未形成导电网络通道，此时仍不具有导电现象。这是因为此时高分子材料的导电性是由热振动电子在导电粒子之间的迁移造成的。隧道效应现象几乎仅仅发生在距离很接近的导电粒子之间，间隙过大的导电粒子之间没有电流传导行为。

（3）场致发射效应理论：该理论认为，当复合体系中导电填料用量较低，导电粒子间距较大、导电粒子内部电场很强时，电子将有很大几率飞跃树脂界面势垒跃迁到相邻电子离子上，产生场致发射电流，形成导电网络。

1.2.1 炭黑添加型导电高分子材料

炭黑不仅价格低廉、导电性能持久稳定，而且可以大幅度调整复合材料的体积电阻率。因此，由炭黑填充制成的复合导电高分子材料是目前用途最广、用量最大的一种导电材料。复合材料导电性与填充炭黑的填充量、种类、粒度、结构及空隙率有关，一般来说粒度越小，孔隙越多，结构度越高，导电性就越强。

1.2.2 金属添加型导电聚合物

这类导电塑料具有优良的导电性，比传统的金属材料重量轻、易成型、生产效率高、成本低，进入20世纪80年代后，在电子计算机外壳、罩、承插件、传输带等方面得到应用，成为最年轻、最有发展前途的新型导电和电磁屏蔽材料。常见的金属类导电填充剂有金、银、铜、镍等细粉末。

2 导电高分子材料的广泛应用

2.1 在电子元器件开发中的应用

2.1.1 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-丁二烯-苯乙烯）树脂（ABS）共混挤出，制备了杂多酸掺杂PANI/ABS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106~109 Ω[7]。通过对复合材料EMI屏蔽的研究，发现在101 GHz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。

2.1.2 导电高分子材料在芯片开发上的运用

在各种带有微芯片的卡片以及条码读取设备上，高分子聚合物逐渐取代硅材料。塑料芯片的价格仅为硅芯片的1 %~10 %，并且由于其具有可溶性的特性而更易于加工处理[8]。目前国际上已经研制出集成了几百个电子元器件的塑料芯片，采用这种导电塑料制造的新款芯片可以大大缩小计算机的体积，提高计算机的运算速度。

2.1.3 显示材料中的导电高分子材料

有机发光二极管是由一层或多层半导体有机膜，加上两头电极封装而成。在发光二极管的两端加上3伏~5伏电压，负极上的电子向有机膜移动，相反，与有机膜相连的正极上的电子向负极移动，这样产生了相反运动方向的正负电荷载体，两对电荷载体相遇，形成了“电子-空穴对”，并以发光的形式将能量释放[9]。由于它发光强度高、色彩亮丽，光线角几乎达到180度，可用于制造新一代的薄壁显示器，应用在手机、掌上电脑等低压电器上，也应用于金融信息显示上，使图像生动形象，并可图文通显。利用电致变色机理，还可用于制造电致变色显示器、自动调光窗玻璃等。

2.2 在塑料薄膜太阳能电池开发中的应用

传统的硅太阳能电池不仅价格昂贵，而且生产过程中消耗大量能源，因此成本昂贵，无法成为替代矿物燃料的能源，而塑料薄膜电池最大的特点就是生产成本低、耗能少。一旦技术成熟，可以在流水线上批量生产，使用范围也很广。制造塑料薄膜太阳能电池需要具有半导体性能的塑料。奥地利科学家用聚苯乙烯和碳掺杂形成富勒式结构的材料，再将它们加工成极薄的膜，然后在膜层上下两面蒸发涂上铟锡氧化物或铝作为电极。由于聚苯乙烯受到光照时会释放出电子，而富勒式结构则会吸收电子，如果将灯泡接在这两个电极上，电子开始流动就会使灯泡发光[10]。

2.3 在生物材料开发中的应用

在生命科学领域，导电高分子材料可制成智能材料，用于医疗和机器人制造方面。由于导电有机聚合物在微电流刺激下可以收缩或扩张，因而具备将电能转化为机械能的潜力，这类导电聚合物组成的装置在较小电流刺激下同样表现出明显的弯曲或伸张/收缩能力。为了把聚合物变成伸屈的手指活动，加上了含PPY的三层复合膜[PPY/缘塑料膜/PPY]，其中一层PPY供给正电荷，另一层PPY供给负电荷。机器人手指工作：提供正电荷的一侧凹陷进去，即体积收缩；提供负电荷的一侧就鼓胀起来，体积膨胀，引起手指弯曲[11]。用改进的PAN和碳纤维合并起来作为纤维束驱动器，用它制造手指关节链（见图5）其中关节的动作是借助于激光发动和纤维反抗成对的推拉控制，是由改变pH来激发动作的，并有激发纤维和反抗纤维的数量来控制位置[12]。

最新研究表明，DNA也可以具有导电性，因此，把导电塑料与生命科学结合起来，可以制造出人造肌肉和人造神经，以促进DNA的生长或修饰DNA，这将是导电塑料在应用上最重要的一个趋势。

2.4 在新型航空材料开发中的应用

航空制造所用复合材料是一种聚合体树脂制成的矩阵结构，由耐热性能良好的增强型碳素纤维层或者玻璃纤维层胶合而成，再利用熔炉打造成所需要的形状，以适应不同零件所承受的压力。另外，像聚苯胺、聚吡咯可用于电磁屏蔽，涂有其聚合纤维的飞机，能吸收雷达信号，使飞机隐身，还可排除雷击的危险。在导弹外面裹上一层这类聚合物，不仅可防止产生静电，还可减轻导弹的重量[13]。

3 导电高分子材料的研究进展

20世纪70年代以来，电子、电气、通讯产业的迅速崛起，推动了导电材料的快速发展。随着导电材料使用环境的变化，对导电材料的发展也提出了新的要求。总体来说，导电高分子材料的发展主要围绕以下几个方面：

（1）开展分子水平上的研究和应用，开发新品种导电材料，尤其是高导电性导电聚合物、高强度导电高分子材料、可溶性导电高分子材料和分子导电材料，以便能够制成“分子导线”、“分子电路”和“分子器件”。

（2）研究设计和合成结构高度稳定的、具有高荧光量子效率和高电荷载流子迁移率的共轭聚合物，制备出结构有序的导电聚合物薄膜材料[14]。

（3）导电材料多功能化。除具有导电性能外，还应具有优良的阻燃性、阻隔性、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦等性能，并在加大导电填料用量以提高导电性能的前提下，如何保持或增强复合材料的成型加工性能、力学性能和其他性能。

导电高分子材料的这些发展趋向预示着一个新的塑料电子学时代即将到来。

参考文献：

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[12]王锦成， 李龙等.高分子材料的智能性及其应用合成技术及应用[J].合成技术及应用，2004，16（4）.

导电高分子材料的优点篇3

关键词:锂离子电池 正极材料 负极材料 电解液

中图分类号:TM91 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(b)-0240-01

锂离子电池能够大规模地运用于电动汽车产业,并用于太阳能与风能等清洁能源的保存。因此,如今锂离子电池技术已经成为研究人员及企业高度关注的重要课题。锂离子电池凭借其极高的能量密度、较长循环的寿命、快速充电与放电等诸多方面的优势以及不断降低的生产制作成本,已经成为今后十至二十年中电动汽车的首选电池。为此,笔者对锂离子电池的研究现状开展了研究。

1 正极材料研究现状

锂离子电池的正极材料将直接影响到锂电池所具有的能量密度性能、比功率特点、温度特点和安全特点等等。在当前的市场化锂离子电池中,其正极材料主要包括了LiCoO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LixMn2O4等LiFePO4等四种。第一种是LiCoO2,这是第一代市场化锂离子电池正极材料,具备了一些优势,如比能量相对而言比较高,循环性能以及高、低温状态下的工作性能较好,与之相对应的锂离子电池产品一般用在各类小型电子设备。然而,因为使用这一材料的电池在安全性和耐过充性上相对较差,再加上Co资源较为稀缺,其价格十分昂贵,由此而无法成为大容量车用与储能锂电池正极上使用的材料。第二种是LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,这是一种具有了高容量的三元类材料,其可逆比容量能够达到160mAh/g之上,是一种十分有前途的正极材料。这一材料和电解液之间的相容性比较好,循环性能十分好,能够应用于手机电池和动力电池等很多产品之中。因为三元材料会鉴于Ni、Co、Mn等三种元素的比例变化而具有不一样的性能,可见,这类材料能够产生出大量的正极材料,从而满足于各类产品之需求。第三种是LixMn2O4,这是一种成本更加低的材料,其热稳定性与抗过充电性均超过了LiCoO2与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,其三维隧道结构要比层间化合物更加有利于Li+的嵌入与脱出,主要应用在高功率动力电池上。然而,其相对较低的110mAh/g的比容量以及较差的300次循环性能,尤其是高温循环性之差导致其运用具有非常大的限制。第四种是LiFePO4。这是一种磷酸盐聚阴离子化合物,也是近年来较快地发展起来的正极材料之一,具备了比较高的安全性,其耐高温性相当好,循环性能也具有优势,从而使其在动力电池与备用电源领域具有十分广阔的实际运用前景。然而,同时其也存在着电压平台比较低、电导率较低以及低温的放电性与倍率放电差等特点。综合考虑正极材料的未来发展前景,磷酸铁锂材料中所存在的一系列问题必将得到合理的解决,学者们与企业所一致看好的LiFePO4能够在车用电池领域当中具备较好的发展前景。

2 负极材料研究现状

当前,对于锂电池负极材料的研究主要集中于碳材料、合金材料钛酸锂以及过渡金属氧化物等等。其中,碳材料是研究者最早投入研究并用在锂电池生产中的负极材料。依据负极材料的结构特性,一般分为三类:石墨,易石墨化碳即软碳,难石墨化碳,即硬碳。因为软碳和石墨所具有的结晶性能较为类似,一般均觉得其比硬碳更为容易插入锂之中,也就是更为容易进行充电,其安全性自然也就更加好。石墨类材料的技术相对来说较为成熟。常规锂电池负极材料主要有天然石墨、天然石墨改性材料、中间相炭微球以及石油焦类人造石墨等,其中中间相炭微球的结构较为特殊,呈现出球形的片层结构,而且表面上较为光滑,其直径介于5m～40m之间,这一材料所具有独特的形貌导致其在比容电量(能够达到330mAh/g之上)、安全性能、放电效能及循环寿命(循环次数在2000次之上)等诸多方面具备了明显的优势,然而其成本有待于进一步降低。当前,硬碳材料因为具有首效较低、压实的密度较低、工艺上不够成熟等大量问题,所以尚未进入到大规模的商品化之中,而国内对这一领域尚处在试验阶段之中,有关的文献报道非常少。除了上述碳类负极材料之外,其他的负极材料包括了锡基复合氧化物、碳硅复合材料以及钛酸锂等,其中的钛酸锂是目前重要的研究热点。这种材料是一种嵌入式的化合物,呈现出尖晶石结构,还可嵌入Li+。目前,电极理论嵌锂容量的大小是175mAh/g。在作为锂动力电池负极材料之时,钛酸锂具备了十分显著的有利条件,不仅循环寿命非常长,而且钛酸锂的体积变化十分小,被称之为零应变材料。钛酸锂与电解液间在界面上不会出现SEI膜,而且内阻并不会有增加,其安全性能十分优异,电压平台在1.5V左右,不容易导致金属锂的析出。电压的平台较为稳定,具备了极好的耐过充性能以及耐过放性能。然而,钛酸锂电极电位相对而言比较高,其压实密度与重量比能量相对而言比较低,导致导电性差与大倍率性能需要进一步提升,而产品的一致性与电池的加工性能相对而言也比较差,从而限制了钛酸锂更加广泛的市场化运用。

3 电解液研究现状

电解质的作用是在正、负极之间输送与传导锂离子。当前,电解液的溶剂包括了碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯以及碳酸甲乙酯等五类。当前,动力电池一般是以LiPF6为电解质盐的,并由碳酸乙烯酯与直链碳酸酯共同构成的混合溶剂作为电解液。然而,因为LiPF6的热稳定性与化学稳定性相对比较差,对于怎么进一步提升动力与储能电池安全性能、循环性能等方面具有无法忽视的负面影响。所以,要不断研究新型电解质锂盐、功能添加剂的作用,这已成为这些年来锂电池电解液研究的重要方向,因此,二草酸硼锂在锂离子电池当中的运用已经引起了研究者更大的关注。用这种盐所配制而成的电解液具有抗过充与阻燃等作用,所形成的SEI膜十分稳定。LiMn2O4在LiBOB电解液当中的分解热只达到60J/g,而LiFePO4则更低,大概是6～8J/g,如此一来,就能极大地提升动力电池的安全性。因此,把LiBOB视为添加剂加以运用,和LiPF6进行混合使用,能够极大地提升动力电池所具有的高温循环作用。

4 结语

当前,中国已将新能源汽车业列为今后一个时期大力发展的战略性新兴产业之一,这就为锂离子电池打开了更为广阔的市场空间。同时,在电动自行车领域、航天领域、军事领域之中,锂离子电池也具有非常好的发展前景。笔者坚信,随着锂离子电池技术的进一步发展,锂离子电池所具有的性能必然会愈来愈高,其应用价值也会越来越大,并朝着高能量密度化、高功率化、大型化等趋势继续发展。

参考文献

[1] 李明月.新型锂离子电池材料研究进展[J].化工生产与技术,2010(4).

导电高分子材料的优点篇4

论文关键词：复合材料,电导率,渗流阈值

1.1引言

复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料按一定的方式组合而成，具有单一材料所不能获得的综合优良特性或功能的材料。通过复合不仅能使几种材料的性能互为补充，而且可能产生单一材料所没有的新特性。

电导率是材料最重要的物理性能之一。考察聚合物复合材料的电导率的目的有三个方面：（1）制取高性能的电工绝缘材料；（2）制取具有中等电导率的材料，用于涂层、屏蔽或避免静电电荷；（3）制取具有金属性电导的导电聚合物。

由于导电高分子复合材料具有类似于金属的良好导电性能，同时具有类似于高分子材料的优异的力学性能和方便加工的特点。而导电高分子复合材料就是一种质优价廉的电磁屏蔽材料。验研究表明：导电高分子复合材料的导电性能主要决定于其所填充的导电材料的含量、电导率、形状、分布等因素。理论上准确计算导电高分子复合材料的导电性能是非常困难的。人们常常将问题简化，忽略所填充的导电颗粒的形状和分布来建立电导模型去研究导电高分子复合材料的导电过程[1]。我们建立了一个考虑导电颗粒形状影响的导电高分子复合材料的导电模型。利用该模型计算了碳纤维-聚脂树脂复合材料的有效电导率，结果表明该理论结果与实验结果符合较好。

1.2理论模型

我们研究这样一个导电高分子复合材料系统。它是由N1个椭球形的导电颗粒均匀地分散在N2个高分子颗粒中组成的。假定在导电高分子复合材料中第j个椭球形导电颗粒的三个半轴长分别为, 和，导电颗粒的量子隧道深度为t，那么该导电颗粒的实际体积与其有效导电体积的比值为

（1.1）

所以，导电高分子复合材料就可看作由有效导电颗粒和绝缘高分子颗粒构成。设导电高分子复合材料的有效电导率为；有效导电颗粒的电导率为；高分子颗粒的电导率为。

根据平均极化理论[2]，可以利用式（1.2）来计算导电高分子复合材料的沿k 轴方向()有效电导率。

+ = 0 (1.2)

考虑到每个颗粒在空间取向上的随机性，我们可以得到整个导电高分子复合材料的有效电导率方程。

(1.3)

为了简单，假设所有的高分子颗粒都是球形的，而所有的有效导电颗粒都是相同的旋转椭球形。旋转椭球的轴长比为M

（1.4）

其中a, b, c(=b)是旋转椭球的半轴长。

根据文献[2]，得到导电高分子复合材料的有效电导率方程。 (1.5)

其中，Ve为所有有效导电颗粒的总体积。

如果导电高分子复合材料中所有颗粒近似为球形，应用Maxwell-Garnett理论和两种拓扑结构（对称结构和反对称结构）的关系来确定上（下）边界[1]，可表示为：

, (1.6)

其中，分别为第i个有效导电颗粒的考虑近场影响和未考虑近场的电导率。

将式（1.6）代入式（1.5）,得到计算导电高分子复合材料有效电导率的公式。

(1.7)

其中，分别为考虑了近场影响的有效导电颗粒的电导率的x和y轴方向的分量。

1.3 导电颗粒形状和尺寸对渗流阈值的影响

实验研究表明：导电高分子复合材料的电导率不是随导电颗粒体积含量成正比地增加，而是当导电颗粒的体积含量增大到某一临界值时，导电高分子复合材料的电导率突然增加数个数量级。渗流阈值与导电颗粒形状和尺寸存在密切的联系。利用式（1.5），笔者分别计算了导电颗粒形状和尺寸对渗流阈值的影响情况。计算结果（如图1-1和1-2 所示）表明：渗流阈值的数值随着导电颗粒的轴长比M和界面层厚度t的增加而快速减小。

以上的理论计算结果表明：导电颗粒形状和尺寸是制备导电高分子材料时必须考虑的两个重要的参数。

导电高分子材料的优点篇5

【关键词】质子导电性；无机非金属材料；发展；应用

科技的高速发展，使更多高性能的材料的发现和应用成为可能。无机非金属材料以其优良的耐腐蚀性等特点被应用在防腐工程特别是管道防腐之中，这种材料其实又称陶瓷材料，有传统陶瓷与精细陶瓷之分。无机非金属材料具有其他材料无法比拟的优点，在声、电、光、磁等方面都具有特殊的功能，其中质子导电性无机非金属材料十分具有研究价值。

1 质子导电性的无机非金属材料发展概述

关于质子导体的研究早在20世纪初就已经出现并寻找到了银离子导体，其中还具有现今为止常温下最高的导电率的导体。但是银离子导体在性能上很不稳定，价格又很高，很快就被后来出现的铜离子导体给取代。铜离子导体中存在着迄今为止具有最高导电率的固体电解质，因为其具有与银离子导体相似的性质，价格有比其低很多，故收到了人们普遍关注，之后又发现了其他的离子导体，质子导电体是在20世纪70年代被发现的[1]。最近几年全球都十分关注能源相关的研究领域，具有质子导电性的无机非金属材料在功能上又十分特别，所以对这一领域的研究一直未中断过。

到目前，已经被发现的质子导电性的无机化合物主要包括：水合物型、氢键型、β-Al2O3型、氢嵌入型、晶格缺陷型，下面对这几种类型简单加以介绍。

水合物型的导电体，它的构造之中含有一些结晶水，如果在通电的状态下，水分子之间就会通过质子传递来导电。这一类型的导体如果在室温的条件下，导电率会相当高，而如果温度在此基础上升高，其结构之中的结晶水很容易流失，导电率就会明显的下降。

氢键型的质子导体是通过氢键连接离子团或者分子，使其形成链状或者是骨架类的结构，同样可以在通电的条件下，利用质子传递导电。氢键在高温时容易遭到破坏，使其本来连接在一起的结构分解，导电率会相应的降低。

β-Al2O3类的质子导体可以分为三种类型，而当制备的方法不一样的时候，又可以分成两种不同的类型。这其中的各种类型都具有高低不同的导电率，出现这种不同是由于结构中的质子能量降低，形成低能扩散的途径[2]，所有的类型在温度升高时都会降低其导电的效率。

氢嵌入型的质子导体中H+体积很小，对于部分晶体晶格的间隙可以很轻易的嵌入其中，在通电的条件下，H+会在晶体间隙之中进行定向的移动，从而导电。氢嵌入类型的导电体导电是通过电子进行导电为主，其质子的导电性很低，所以应用的价值也不大。

晶格缺陷型的质子导体，比之前的几种具有质子的导电性质的无机化合物发现的要晚，那些含氢的导体在高温的状态下会降低其导电性或者导电性直接消失，所以不适合在高于300摄氏度的状态下应用。后来发现的氧化物烧结体在一定条件下呈现电子导电性，但是当处于高温状态下，会产生水蒸气或者氢气，这时其电子的导电性就会降低，而质子的导电性反而增加，温度如果达到一定的标准，就能够基本上完全显示质子的导电性[3]。由于这种材料可以在高温状态下导电，所以在应用价值方面很高，也在现实中得到相应的应用，并取得一定成就。

2 质子导电性无机非金属材料的应用

2.1 氢传感器

一些陶瓷以SrCeO3、CaZrO3、BaCeO3作为母体，它们是固体的电解质，其中一端的H2压力较大，是负极，而另外一端的H2压力则较小，就是正极，从而形成了氢浓差电池。可以用测试电池对这种氢传感器进行检验，这样的电池性能稳定，又是固体的电解质，所以使用起来特别方便。

2.2 含有氢化合物的传感器

这种测试电池可以测试氢的含量，特别是可以在高温状态下测试空气中的氢化物，比如空气中的碳氢化合物或者水蒸汽等等。可以通过电动势的计算得出空气中水蒸气的含量，也可以在工业中加以应用，比如在工业烧结的过程中，为了提高熔融金属的品质，去除其中的氢，就可以应用这种传感器测定其中的氢含量。

2.3 燃料电池的应用

燃料电池多采用氧离子导体作为其电解质，现在的燃料电池也会采用质子导体作为固体电解质，后者相比前者而言，在使用上要方便许多。因为质子导体作为电解质的这类燃料电池，它的燃料电极之上根本没有水产生，所以燃料不需要进行循环[4]。而且，如果从热处理的角度来进行考虑，燃料电池中具有碳氢化合物的，如果产生氢气就会当作燃料被消耗，剩下的物质可以产生其他有用的产品。

2.4 可以应用在蒸汽电解产生氢气中

用质子导电性的无机非金属材料方法，可以获取极高纯度的氢气，那是由于这样的电池之中，质子是唯一可以由正极移动到负极去的导电体。

2.5 氢分离与氢泵

可以利用质子导电性的无机非金属材料制作出氢泵，只需要进行一步操作，就可以在高温的状态下将气体的混合物之中的氢气分离出来，而且分离的速度和效率很方便控制。

2.6 应用于蒸汽泵中

常温常态下的水蒸气可以通过在阳极进行放电从而产生质子，这些质子可以移动到阴极那里去，并且在阴极发生反应，通过空气中的氧气生成水或者是氢气等等。可以利用这种蒸汽泵去调节和控制高温封闭环境的湿度，也有人在高放射条件下的同位素浓缩中进行这一方法的应用研究。

2.7 氢化或者脱氢中的应用

用具有质子导电性的无机非金属材料作为固体电解质，与其他化学反应比较，在进行氢化和脱氢时，优势很明显。被进行氢化或者是脱氢反应的化合物，与生成产生的氢气是相互分离的，可以用电流对反应的速率进行有效的控制，电极电势不但可以控制氢的化学性，还可以控制催化性以及选择性。

3 总结

具有质子导电性的无机非金属材料在应用中与其他非质子的材料相比，都具有一定的优势。随着人们对其关注程度的加深，这种材料在今后的前景将更加广阔，相关研究会更全面系统，应用也会更广泛。

【参考文献】

[1]张义顺，李小雷.传统无机材料的现状及新材料的发展趋势[J].焦作工学院学报（自然科学版），2000（6）：471-474.

[2]孟凡桂.材料化学专业无机非金属材料课程教学的实践与探索[J].广州化工，2010（2）：205-207.

导电高分子材料的优点篇6

一、结构陶瓷同金属材料相比，陶瓷的最大优点是优异的高温机械性能、耐化学腐蚀、耐高温氧化、耐磨损、比重小(约为金属的1/3)，因而在许多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料根本无法胜任的场合，如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类:氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。

1、氧化物陶瓷主要包括氧化铝、氧化锆、莫来石和钛酸铝。氧化物陶瓷最突出优点是不存在氧化问题，原料价格低廉，生产工艺简单。氧化铝和氧化锆具有优异的室温机械性能，高硬度和耐化学腐蚀性，主要缺点是在1000℃以上高温蠕变速率高，机械性能显著降低。氧化铝和氧化锆主要应用于陶瓷切削刀具、陶瓷磨料球、高温炉管、密封圈和玻璃熔化池内衬等。莫来石室温强度属中等水平，但它在1400℃仍能保持这一强度水平，并且高温蠕变速率极低，因此被认为是陶瓷发动机的主要候选材料之一。上述三种氧化物也可制成泡沫或纤维状用于高温保温材料。钛酸铝陶瓷体内存在广泛的微裂纹，因而具有极低的热膨胀系数和热传导率。它的主要缺点是强度低，无法单独作为受力元件，所以一般用它加工内衬用作保温、耐热冲击元件，并已在陶瓷发动机上得到应用。

2、非氧化物陶瓷主要包括碳化硅、氮化硅和赛龙(SIALON)。同氧化物陶瓷不同，非氧化物陶瓷原子间主要是以共价键结合在一起，因而具有较高的硬度、模量、蠕变抗力，并且能把这些性能的大部分保持到高温，这是氧化物陶瓷无法比拟的。但它们的烧结非常困难，必须在极高温度(1500～2500℃)并有烧结助剂存在的情况下才能获得较高密度的产品，有时必须借助热压烧结法才能达到希望的密度(>95%)，所以非氧化物陶瓷的生产成本一般比氧化物陶瓷高。这些含硅的非氧化物陶瓷还具有极佳的高温耐蚀性和抗氧化性，因此一直是陶瓷发动机的最重要材料，目前已经取代了许多超高合金钢部件。现有最佳超高合金钢的使用温度低于1100℃，而发动机燃料燃烧的温度在1300℃以上，因而普遍采用高压水强制制冷。待非氧化物陶瓷代替超高合金钢后，燃烧温度可提高到1400℃以上，并且不需要水冷系统，这在能源利用和环保方面具有重要的战略意义。非氧化物陶瓷也广泛应用于陶瓷切削刀具。同氧化物陶瓷相比，其成本较高，但高温韧性、强度、硬度、蠕变抗力优异得多，并且刀具寿命长、允许切削速度高，因而在刀具市场占有日益重要地位。它的应用领域还包括轻质无润滑陶瓷轴承、密封件、窑具和磨球等。

3、玻璃陶瓷玻璃和陶瓷的主要区别在于结晶度，玻璃是非晶态而陶瓷是多晶材料。玻璃在远低于熔点以前存在明显的软化，而陶瓷的软化温度同熔点很接近，因而陶瓷的机械性能和使用温度要比玻璃高得多。玻璃的突出优点是可在玻璃软化温度和熔点之间进行各种成型，工艺简单而且成本低。玻璃陶瓷兼具玻璃的工艺性能和陶瓷的机械性能，它利用玻璃成型技术制造产品，然后高温结晶化处理获得陶瓷。工业玻璃陶瓷体系有镁-铝-硅酸盐、锂-镁-铝-硅酸盐和钙-镁-铝-硅酸盐系列，它们常被用来制造耐高温和热冲击产品，如炊具。此外它们作为建筑装饰材料正得到越来越广泛的应用，如地板、装饰玻璃。

二、陶瓷基复合材料复合材料是为了达到某些性能指标将两种或两种以上不同材料混合在一起制成的多相材料，它具有其中任何一相所不具备的综合性能。陶瓷材料的最大缺点是韧性低，使用时会产生不可预测的突然性断裂，陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。基于提高韧性的陶瓷基复合材料主要有两类:氧化锆相变增韧和陶瓷纤维强化复合材料。氧化锆相变增韧复合材料是把部分稳定的氧化锆粉末同其他陶瓷粉末(如氧化铝、氮化硅或莫来石)混合后制成的高韧性材料，其断裂韧性可以达到10Mpam1/2以上，而一般陶瓷的韧性仅有3Mpam1/2左右。这类材料在陶瓷切削刀具方面得到了非常广泛的应用。纤维强化被认为是提高陶瓷韧性最有效和最有前途的方法。纤维强度一般比基体高得多，所以它对基体具有强化作用;同时纤维具有显著阻碍裂纹扩展的能力，从而提高材料的韧性。目前韧性最高的陶瓷就是纤维强化的复合材料，例如碳化硅长纤维强化的碳化硅基复合材料韧性高达30Mpam1/2以上，比烧结碳化硅的韧性提高十倍。但因为这类材料价格昂贵，目前仅在军械和航空航天领域得到应用。另一引人注目的增强材料是陶瓷晶须。晶须是尺寸非常小但近乎完美的纤维状单晶体，其强度和模量接近材料的理论值，极适用于陶瓷的强化。目前这类材料在陶瓷切削刀具方面已经得到广泛应用，主要体系有碳化硅晶须-氧化铝-氧化锆、碳化硅晶须-氧化铝和碳化硅晶须-氮化硅。

三、功能陶瓷功能陶瓷是具有光、电、热或磁特性的陶瓷，已经具有极高的产业化程度。下面根据性能对几类主要的功能陶瓷作一简介。

1、导电性能陶瓷材料具有非常广泛的导电区间，从绝缘体到半导体、超导体。大多数陶瓷具有优异的电绝缘性，因而被广泛用于电绝缘体。半导体分为电子型和离子型半导体。以晶体管集成电路为代表的是电子型半导体。离子型半导体仅对某些特殊的带电离子具有传导作用，最具有代表性的是稳定氧化锆和β-氧化铝。稳定氧化锆仅对氧离子具有传导作用，主要产品有氧传感器(主要用来测定发动机的燃烧效率或钢水中氧浓度)、氧泵(从空气中获得纯氧)和燃料电池。β-氧化铝仅对钠离子具有传导作用，主要用来制造钠-硫电池，其特点是高效率、对环境无危害和可以反复充电。陶瓷超导体是近10年才发展起来的，它的临界超导转化温度在所有类超导体中最高，已经达到液氮温度以上。典型的陶瓷超导体为钇-钡-铜-氧系列材料，已经在计算机、精密仪器领域得到广泛应用。

2、介电性能大多数陶瓷具有优异的介电性能，表现在其较高的介电常数和低介电损耗。介电陶瓷的主要应用之一是陶瓷电容器。现代电容器介电陶瓷主要是以钛酸钡为基体的材料。当钡或钛离子被其他金属原子置换后，会得到具有不同介电性能的电介质。钛酸钡基电介质的介电常数高达10000以上，而过去使用的云母小于10，所以用钛酸钡制成的电容器具有体积小、电储存能力高等特点。钛酸钡基电介质还具有优异的正电效应。当温度低于某一临界值时呈半导体导电状态，但当温度超过这一临界值时，电阻率突然增加到103～104倍成为绝缘体。利用这一效应的产品有电路限流元件和恒温电阻加热元件。许多陶瓷，如锆钛酸铅，具有显著压电效应。当在陶瓷上施加外力时，会产生一个相应的电信号，反之亦然，从而实现机械能和电能的相互转换。压电陶瓷用途极其广泛，产品有压力传感元件、超声波发生器等。

导电高分子材料的优点篇7

1钙钛矿结构

钙钛矿型复合氧化物因具有天然钙钛矿(catio3)结构而命名,与之相似的结构有正交、菱方、四方、单斜和三斜构型。标准钙钛矿结构中,a2+和o2＿离子共同构成近似立方密堆积,a离子有12个氧配位,氧离子同时有属于8个bo6八面体共享角,每个氧离子有6个阳离子(4a～2b)连接,b2+离子有6个氧配位,占据着由氧离子形成的全部氧八面体空隙。钙钛矿结构的对称性较同种原子构成的最紧密堆积的对称性低,a、b离子大小匹配。各离子半径间满足下列关系:

其中ra、rb、ro分别为a离子、b离子和o2-离子的半径,但也存在不遵循该式的结构,可由goldschmidt容忍因子t来度量:

理想结构只在t接近1或高温情况下出现,多数结构是它的不同畸变形式,这些畸变结构在高温时转变为立方结构,当t在0.77～1.1,以钙钛矿存在;t<0.77,以铁钛矿存在;t>1.1时以方解石或文石型存在。

2钙钛矿型氧化物材料的研究进展

标准钙钛矿中a或b位被其它金属离子取代或部分取代后可合成各种复合氧化物,形成阴离子缺陷或不同价态的b位离子,是一类性能优异、用途广泛的新型功能材料。

2.1固体氧化物燃料电池(sofc)材料

钙钛矿氧化物燃料电池sofc有以下优点:(1)全固态结构,不存在液态电解质所带来的腐蚀和电解液流失等问题;(2)无须使用贵金属电极,电池成本大大降低;(3)燃料适用范围广;(4)燃料可以在电池内部重整。通过电极材料中的掺杂来提高活性,优化碱锰电池的充放电性能(参见表1)。用含锰的钙钛矿氧化物作为碱性溶液中的阴极材料,获得了好的结果。因为元素锰的d电子结构在锰的三价和四价两种氧化物之间快速传递,表现出很高的电子导电性及良好的电极可充性[5]。通过掺杂pb、co、ba、ca、sr等元素的复合钙钛矿结构,获得掺杂后的改性电极材料,pb的掺入会对mn—o的成键状态和mno2晶格内的结晶水产生影响,使mn2p3.2能级产生化学位移,结合能增大,mn—o离子性增加,共价性减小。经过对改性电极的充放电机理实验,纳米掺杂后电池的放电容量提高40%以上[6]。la1-xsrxfe1-ycoyo3作为一种混合导体材料,具有优良的电子导电性能和离子导电性能,与la0.9sr0.1ca0.8mg0.2o3、ce0.9gd0.1o1.95等新一代中温固体氧化物电解质有很好的相容性。因此,la1-xsrxfe1-ycoyo3体系材料是一种很有发展前景的中温sofc阴极材料[7]。mather等[8]用硝酸盐与尿素熔融燃烧法制备了金属阳极陶瓷材料nisrce0.9yb0.1o3-δ,实验结果表明co的加入可降低烧结温度,可获得高的阳极孔隙率有利于阳极和电解质的吸附,经分析阳极上的亚微孔结构微粒由镍和钙钛矿粒子组成。

然而,现有钙钛矿型复合氧化物的离子电导率低,高温下呈现电子或氧离子导电性。在燃料电池应用研究中,高温下器件可稳定运行,但器件的效率或功率较低。以钙钛矿型复合氧化物为电解质时,须在大于700℃的高温下使用。因此,离子导电性高、温度使用范围宽的固体电解质及电极材料研究是今后的主要目标。现有的基质材料mnceo3因稳定性和机械强度的问题,实现实用化仍存在一定难度;基质材料mnzro3虽具有较高的稳定性和机械强度,但材料离子电导率低,其燃料电池的功率很难满足要求。

2.2钙钛矿锰氧化物磁制冷材料

磁制冷是利用固体磁性材料的磁热效应来达到制冷的目的。磁卡效应(magnetocaloriceffect,mce)是指当分别对磁性材料等温磁化和绝热退磁时该材料相应地放热和吸热的一种现象。对于钙钛矿氧化物磁制冷材料,利用振动样品磁强计或超导量子干涉仪测量其等温磁化m＿h曲线或等磁场下的m＿t曲线,计算样品在tc温度下的磁熵变(即最大磁熵变),以此判断该材料作为磁制冷工质的可行性[13]。如果a位被离子半径更小的离子或b位被离子半径更大的离子取代,那么取代的结果使容差因子减小,晶格收缩,铁磁耦合变小,从而使磁熵变减小。szewczyk等[14]、陈伟等[15]以lamno3为基质材料用ca、k、sr、ti为掺杂离子详尽研究了不同磁场下掺杂后lamno3的最大磁熵变,然而实验结果不甚理想。目前实验室合成磁制冷材料的居里温度或高于室温,或低于室温,均不适合作为室温磁制冷材料。

因此,改进稀土钙钛矿材料的合成工艺及优化掺杂等参数,将现有的稀土锰钙钛矿复合,研究nbfeb等永磁体产生的中低磁场在室温附近获得最大磁熵变,以期获得在室温附近中低磁场最大磁熵变的磁制冷材料。该系列材料在室温磁冰箱等方面有广阔的应用前景,有望推动制冷领域的技术革命。

2.3多功能导电陶瓷材料

以钙钛矿氧化物制备的导电陶瓷具有化学性能稳定、抗腐蚀、耐高温等特点,具有优良的导电性和高温ptc效应(positivetemperaturecoefficient),即在某些陶瓷材料中加入微量的稀土元素,其室温电阻率会大幅度下降而成为半导体陶瓷,当温度上升到它的居里温度tc时其电阻率急剧上升,bapbo3是一种新型的多功能导电陶瓷,优异的导电性可做成薄膜和复合材料;其高温ptc效应可做成各种大功率、高温发热体和电流控制元件及高温传感器等,用作cr2o3基的陶瓷湿度传感器电极具有优良的综合性能。chang[16]从动力学角度研究了bapbo3的反应机理,试图降低温度来制备bapbo3化合物,但效果不理想。yamanaka[17]首次使用共沉淀法制得了该化合物同时降低了合成温度,获得了分布均匀的粉末。wang[18]利用该法在700℃下制得了bapbo3化合物薄膜。bapbo3是电子导电的多功能导电陶瓷,kundaliya等[19]利用穆斯鲍尔谱中子衍射研究多晶态钙钛矿化合物的磁电阻现象,结果表明,与未掺杂fe样品相比,la0.67ca0.33mn0.9fe0.1o3具有巨磁电阻效应,在40koe的应用磁场和50～80k下该化合物的巨磁率为98%。xu等[13]实验合成了la0.67ca0.33mno3、la0.67sr0.33mno3、la0.67ba0.33mno3锰类钙钛矿的巨磁材料,从磁化数据获知在居里温度附近产生巨大的熵变,而且这些样品特殊焓变均发生在它们的相变温度附近。hu等[20]对(la1-xcax)[(fe0.5nb0.5)1-yzry]o3(x=0.4,0.6;y=0.05,0.1)在微波频率下进行了微波介电性研究,zr4+被fe3+或nb5+在b位取代后,对介电常数ε影响不大,但共振频率的温度系数tf近似为零(x=0.55,y=0.1),实验条件下获得介电常数ε为85.3。

目前存在主要问题是化合物合成重复性差、铅易氧化挥发,难保持材料的化学计量平衡等因素,因此,必须研究新制备工艺、优化离子掺杂和烧结温度等条件,从而合成性能稳定、导电性好的功能陶瓷材料。

2.4氧分离膜与气敏材料

钙钛矿型复合氧化物因其电子和氧离子导电性对氧有良好的吸附和脱附性能。高温下,当膜两侧存在氧浓度梯度时,无需外接电路就可以选择氧。固体电解质作为透氧膜材料时,使用具有催化活性的电极(如pt或混合导电体)以促使氧的吸附和脱附,该反应只有在气相—电极—电解质三相界面上才能进行,而对于la1-xsrxfe1-ycoyo3材料,反应能在整个界面上进行。高温下这类材料是电子或电子空穴和氧离子的混合导体,低价金属离子sr2+的掺杂导致空穴和氧空位的出现,其协同作用可实现对氧气的选择透过性,且随着sr和co含量的增加而增加。由于是通过氧空穴机理来传导氧,制备的膜对o2有100%的选择性,可以用于氧气的分离、纯化和各种涉氧反应。因此,具有混合导电性的钙钛矿型复合氧化物la1-xsrxfe1-ycoyo3可望成为一种全新的氧分离膜介质材料[21]。葛秀涛等[22]采用溶胶凝胶法在800℃下热处理2h制得钙钛矿氧化物yfeo3微粉,呈p型导电行为,用在350℃下焙烧2h和800℃焙烧3h所得超细微粉制作的元件对c2h5oh有较高的灵敏度和良好的选择性,257℃下对4.5×10-5mol.dm3c2h5oh的灵敏度是相同浓度干扰气体汽油的7倍以上,它有望成为一类新型酒敏传感器。钛酸锶(srtio3)是钙钛矿氧化物绝缘体,被广泛用于生长高温超导薄膜的衬底,作为高电容率材料在超晶格和下一代超大规模集成器件中具有潜在的应用价值。崔大复等[23]研究了掺杂sb的srtio3透明导电薄膜,用紫外脉冲激光淀积法在srtio3衬底上制备了钙钛矿型氧化物srti1-xsbxo3(x=0.05,0.10,0.15,0.20)薄膜,结果表明,可见光波段薄膜的透过率大于90%,当sb掺杂x=0.05时,薄膜具有良好的导电性。侯峰等[24]进行了lanio3纳米陶瓷薄膜的制备,并制成了氧敏传感器,实验测试了lanio3的响应速率,发现掺杂ce后从还原气氛到氧化气氛和从氧化气氛到还原气氛的响应时间缩短为2s。toan等[25]用反铁磁钙钛矿氧化物lafeo3膜在270℃和420℃温度和不同co、ch4和no2浓度下进行了气敏性研究,用两种感应膜测试了不同的混合物co和ch4,用au和pt作电极测量了纳米膜lafeo3的响应时间,实验证实对co和ch4可测到的10×10-6数量级,而对no和no2可达1×10-6以下的精确度,有望成为煤矿上可燃气体的气敏传感器。膜la0.7sr0.3ga0.6fe0.4o3-δ的透氧率远低于商业气体分离膜,但涂上la0.6sr0.4coo3-δ后,透氧量明显增加,是不涂样品的2～6倍,涂层的多孔性对透氧量影响很大[26]。

钙钛矿氧化物透氧膜材料的选择应满足下述条件:(1)透氧量是决定透氧膜具有应用价值与否的关键,透氧量大于1.0ml.cm2才有应用价值;(2)透氧膜材料应具有较强的抗气体侵蚀能力,实际环境中保持结构和化学稳定性;(3)透氧膜应具有高的机械强度。目前存在的问题是,实际应用中透氧量降低和膜组件破裂致使反应器报废损坏。今后的研究应集中在开发合成新气敏材料以提高气敏性、选择性和传感器的稳定性,设计先进的合成工艺以降低其成本,同时确保其可靠性、安全性和再现性。

2.5氧化还原催化剂

钙钛矿复合氧化物由于表面纳米粒子的氧化还原协同作用及晶格缺陷,致使晶场环境和结合能与宏观颗粒相比差异很大,它们对废气净化过程中co、碳氢化合物的完全氧化和so2、nox的还原反应具有高的催化活性,掺杂稀土后催化剂具有高抗毒性能和热稳定性,可望替代贵金属催化剂而成为高温稳定型氧化还原催化剂、汽车尾气净化催化剂。

制备abo3型化合物的新方法———声空化法的物理效应和化学效应引起了人们的极大关注。利用超声波空化作用使复合氧化物的粒径细小均匀,孔容和比表面增加,更有利于晶格氧的形成。梁新义等[27]研究了lanio3催化剂进行no分解和co氧化反应,以超声波处理的催化剂活性明显提高。徐菁利等[28]以稀土复合氧化物为催化剂,模拟汽车尾气的组成含量,用连续流动反应器,研究了复合氧化物la0.5sr0.4ni1-xcuxo3系列(x=0～1.0)催化剂,当反应温度大于300℃和so2的脉冲积累含量为1.22×10-2mmol时,该催化剂活性较好。徐鲁华等[29]用微乳液法制备的稀土la0.7sr0.3mno3钙钛矿粉末制成蜂窝状催化剂,评价了它们对富氧条件下氮氧化物还原的催化活性,结果表明用催化剂浆液浸渍法制得的样品具有较高的催化活性。weng等[30]利用涂覆法研究了添加ce对汽车尾气催化剂lamo3(m=mn,mn＿cu)性质和结构的影响,发现添加ce后催化剂的热稳定性有很大的提高,当ce含量6(wt)%,温度达1150℃才有一定量γ＿al2o3转变为α＿al2o3,而不添加的样品从800℃起就发现有α＿al2o3生成,添加ce的催化剂对碳氢化合物氧化活性下降不明显,但对co氧化和no还原活性有显著提高,因添加ce的催化剂颗粒细小,粒径分布均匀,活性组分在催化剂表面有高的分散度。

钙钛矿复合氧化物因具有独特的半导体性质,利用该性质作为光催化剂进行光降解的研究同样受到研究工作者的瞩目。傅希贤等[31]用柠檬酸络合法制备了钙钛矿型lafeo3及lafe1-xcuxo3化合物,发现掺杂cu达5(wt)%时,lafe0.95cu0.05o3的光催化活性最高,在其悬浮体系中对co2-3进行光催化还原实验,用450w荧光汞灯作为光源,λ>410nm,光照5h,取上层清液分析,结果表明悬浮体系中co2-3被还原为甲酸、甲醛。omata等[32]研究了碱土金属掺杂的钙钛矿氧化物与tio2的协同光催化反应,钙钛矿氧化物srzr0.9y0.1o3作为p型半导体其光催化活性很低,它吸收的波长<800nm,而tio2作为n型半导体光催化活性高,但它几乎不吸收可见光。在xe灯照射下,p＿n型结合后的催化剂粒子对甲基蓝的光催化降解接近100%,是tio2活性的数倍,在可见光(λ>420nm)的照射下,对甲基蓝和甲酸溶液能完全降解。yao等[33]利用csd方法制备了层状的钙钛矿化合物bi4ti3o12,用甲基橙进行了光催化降解实验,紫外灯照射4h后使摩尔浓度10×10-6的甲基橙溶液完全降解,tem获知bi4ti3o12晶体微粒为球状且直径为10～90nm。kato等[34]研究了许多碱金属和碱土金属的钽酸盐,如k3ta3si2o13,由于ta具有高导带水平的5d轨道,对工业污水具有较高的光催化活性,实验发现掺杂nio后钙钛矿natao3结构产生扭曲,进一步掺杂la改进nionatao3催化活性,掺杂后nionatao3的量子率在270nm时可达50%。吴树新[35]掺杂了cu、cr、mn等金属粒子,发现cu掺杂改性的纳米催化剂能使甲酸、乙酸、甲醛水溶液在较短时间内降解完全。在光催化还原反应中,使用未掺杂的催化剂进行反应,产物中仅有甲酸和甲醛,而使用掺杂后的催化剂,则检测到有深度还原产物甲醇生成。

但是,钙钛矿氧化物催化活性比贵重金属催化剂低,抗析碳、耐气蚀及耐毒性等方面还存在差距,当水蒸气等含氧气氛存在时活性降低甚至中毒,须改进工艺,研究合成新化合物提高活性;作为光催化剂时,仍存在光子利用率低和催化剂难以回收等难题。今后的研究除了从静态角度将催化剂某些参数如电子结构与催化剂活性关联外,应同时注重研究催化电子能量传递过程的微观动态分析,注重反应器设计及催化剂表面活性组分的质量热量传递途径研究。

3钙钛矿复合氧化物材料应用前景

导电高分子材料的优点篇8

关键词：导电高分子　纳米复合材料　应用

确切来说，聚乙炔具有导电功能的发现是在上个世纪的1977年，距今也才四十五年的时间；而纳米技术融合到导电高分子技术中的发展更短，不到二十年的时间，在这么短的时间里，导电高分子的研究已经取得了飞跃的发展，同时导电高分子材料也被应用在了众多的领域众多的产品中，给我们的生活生产起着重要的作用；从这项技术的发展中可以看出，其应用的背景远不止目前这些。顾名思义，导电高分子中纳米复合材料应该具备有两个特点，一个是纳米功能，另一个是导电性；本文主要探讨导电高分子技术中的纳米复合材料的应用现状，同时对其发展略表看法。

一、导电高分子中纳米复合材料的应用

在导电高分子技术领域中，纳米复合材料的优点非常多。从产品的特点来说，其具有高弹性、高可塑性、低密度、耐腐蚀性、质量轻、柔软和加工性能好等特点，另外其电导率的范围非常宽，具有半导体的特点；从经济层面上来说，这种材料的价格也很便宜。导电高分子材料包括纳米复合材料的经济利用价值非常高，其不仅在我国经济生产中具有重要作用，在进行科学实验中也是意义重大；在这样的时代背景下，其商业价值已经不用明说了。目前，不仅是科学研究机构，就连很多企业都已经开始进行纳米复合材料的研究工作了。具体来说，导电高分子的纳米复合技术和材料的应用包括：

1.在电子元件特别是在晶体管和二极管上的应用

纳米复合技术及其产品在电子器件中的应用非常广泛（其他的导电高分子技术在这方面的应用同样非常广泛），且从目前的形式来说，其应用前景仍然非常大。在上世纪聚乙炔的导电性能被发现后，人们很快就在导电聚合物的基础上研究出了一种可以弯曲并且也非常薄的电子元件，这种电子元件就是发光二级管；发光二级管的出现意义非常重大，其象征着导电高分子向着实用化迈出了第一步。另外，导电高分子很快也应用到了场效应管中，这种应用很有可能会带来下一步高分子材料的规模性应用。另外，纳米复合技术及其材料还被应用到了高分子的发光二极管中，这项应用时至今日仍然是社会讨论和研究的热门课题。就目前纳米复合技术及其材料在电子器件中的应用之一“发光二极管”在性能上已经非常成熟，完全可以和那些无机的发光材料相提并论了。另外，除了聚乙炔，还出现了新的材料比如聚噻吩和聚吡咯，这些材料所制成的二极管都已经陆陆续续被用在商业中，制成商业产品了。纳米复合技术及其材料所制成的发光二极管在性能上相对传统的二极管而言，具有成本低、可弯曲、可调色和面积大等特点。另外，纳米复合技术及其材料已经进入到电子器件的寿命和发光效率的研究领域了；这表明这种先进的科学技术的应用领域将会更加巨大，另外，这项研究也是实现导电高分子技术更加实用化的有效途径。

2.在电磁屏蔽领域上的应用

在导电高分子技术出现之前，人们用来对电磁进行屏蔽的材料一般都是铜，这种屏蔽材料和方法自身在性能上的不足导致了电磁干扰的情况非常严重；另外，使用铜来进行电磁的屏蔽并不能很好地满足手机、电脑、电视机、计算机房和一些医疗设备比如心脏的起搏器等的需求。在对人体健康愈加重视的今天，对相关的设备进行良好的电磁屏蔽已经越来越被重视。通过对导电高分子技术的研究也实验发现，在对电磁进行屏蔽的过程中将导电高分子特别是纳米复合的技术及其材料融合在其中，不仅能够起到防止静电、对电磁进行屏蔽的特点，还具有成本低和可塑性强不受形状影响的优异性能，是一种屏蔽电磁干扰的理想材料。随着研究的不断深入和发展，目前，导电高分子中的纳米复合技术及其材料应经被应用在电脑的屏保中了，这项应用能够有效防止电脑的电磁对人体的辐射。另外，在众多的纳米复合材料之中，聚苯胺的防电磁辐射性能最受重视。

3.在电池中的应用

纳米复合技术及其材料本身具有很好的掺杂与脱掺杂性能，如果将其应用在电池中，将会带来良好的效果。目前，对于高分子材料中的聚乙炔材料电池的研究已经基本成功了，这款由日本生产出来的电池比传统的电池要更加轻便，因此受到了消费者的青睐。另外，聚吡咯也具有很好的稳定性和高掺杂度，这种材料对电的敏感性也非常高，即使是在纺织物中图上这种材料，也能让其具有良好的导电性；所以，聚吡咯正在被研究应用在对低浓度、可发挥的有机物进行监测的传感器中，这种传感器具有很高的灵敏度。另一种纳米复合材料乙烯也已经开始使用在太阳能的电池中以及二次电池中；这种材料的使用有可能会使二次电池成为更加大众的商品，但是这种材料在稳定性和耐久性中的问题目前还没有得到很好的解决。另外，导电高分子的纳米复合技术及其材料在太阳能电池中的应用也已经开始尝试了。和一般的无机光电材料比较，这种导电高分子的材料具有价格便宜、能够规模生产、制造简单和对太阳光中的物质进行筛选选择等优点，但是这种材料也具有稳定性较差、阻值比较高的缺陷。

4.在导电橡胶中的应用

导电高分子材料本身具备良好的导电性，通过不同的纳米复合技术掺杂和加工所生产出来的聚乙炔在导电性能上可以达到铜的效果，只是目前这种高分子的材料的导电稳定性不够，所以还没有被广泛使用。不过，通过纳米复合技术研究出来的导电橡胶的使用意义非常大。这种导电的橡胶在一般情况下并不会导电，不过，只要对其施加压力，就能够使其产生导电的效果，并且这种导电的效果只是出现在被施加压力的部位，没有被施加压力的地方的绝缘性能非常好。目前，这种导电橡胶已经被广泛应用在防爆开关、压敏传感器、医用电极、加热原件和高级的自动把柄中去了。

二、导电高分子中纳米复合技术的前景

虽然纳米复合技术在屏蔽电磁干扰、光电子原件、能源等方面都已经得到了很多的应用，但是其实用化还是没有得到充分的利用，甚至说其应用尚未实现实用化。目前，这些材料很多还是停留在“材料”的层面上，而产品层面还是比较少。在未来的研究工作中，主要研究的方向有：

1.对纳米复合技术及其材料在稳定性和加工型方面的研究。就目前来说，导电高分子的材料很多在导电性、加工性和稳定性的融合上还做得很不足，解决这一问题的一个比较有效的方向是对可溶性的纳米复合材料进行合成。

2.对纳米复合技术及其材料在自掺杂和不掺杂方面的研究。材料不稳定以及掺杂剂本身不稳定往往会对纳米复合材料在导电性能方面产生影响，所以对纳米复合技术及其材料在自掺杂和不掺杂方面的研究能够有效结局材料在稳定性方面存在的问题。

3.对纳米复合技术及其材料在绿色生产上的研究。这项工作同样引起了很大的关注。在研究的过程中如果能够解决导电高分子的纳米复合材料在加工上更加绿色的要求，将是一场对传统的电子元件提出挑战的革命。

参考文献

[1]王彦红, 王景慧, 岳建霞, 罗青枝, 王德松. 导电高分子纳米复合材料研究进展[J]. 化工时刊, 2007,(01) .

[2]柯一礼. 导电聚苯胺的研究及其应用前景[J]. 建材世界, 2009,(05) .

导电高分子材料的优点篇9

由于碳材料本身的电性能的优越，其在电化学分析中的地位也越来越重要。还有碳材料与相关金属的配位能力，它又成为有机配位化学的新宠。谈及应用性，碳材料运用于仪器分析教学的例子绝不在少数。因此，我们说新型碳材料的重要性已让各个学科都不能忽视它们。在本科教学中，我们可以重点教授它的基础结构方面知识；而在研究生教学方面，重点则可以放在科研运用上。国内大学课程概况由于新型碳材料蕴含着理论上勃勃的生命力及实践上无限的发展潜力，国内大学有关物理、化学及材料相关学科已纷纷开设相关课程。关于此方面基础内容的学习，我们在本科教学中的无机化学、物理化学及结构化学课程或化学前沿课程中均有涉及，而针对相关专业研究生，内容会设置得更深入更具应用性。以下表1作为例证展示。我们可以由表中领会到国内各大学都十分重视碳材料相关学科，已开设的基础理论课程旨在将理论运用到实践研究中，以期得到更新更有意义的创新成果。

相关碳材料的教学运用既然新型碳材料涉及多个学科的交叉，那么高校教师就必须重视这一领域的最新发展，将其融合进自己的课堂教学和实践过程中，引发学生的兴趣并塑造他们的知识素养，使教学始终保持旺盛的活力和足够的吸引力，为高素质创新型人才的培养打下坚实基础。本文重点介绍现阶段发展迅速的碳纳米材料（富勒烯、碳纳米管和石墨烯）的相关教学运用。在无机化学杂化轨道理论章节中，由于金刚石是sp3杂化，富勒烯、碳纳米管和石墨烯都是sp2杂化，卡拜是sp杂化，我们将碳材料的多种同素异形体的立体结构展示给学生看，可以让学生不单认识到平面分子中的杂化轨道，而且从立体影像中能更形象地体会到杂化轨道的真实展示。讲授结构化学原子结构及点群一章时，我们向学生补充讲授碳的各类同素异形体对称性情况及所属点群，把理论中的原子结构化学键与当前前沿领域结合起来，以引发学生的求知欲和对科研工作的向往。［1］在化学前沿课程介绍碳纳米材料时，初次接触到这些名词的学生可能难以接受。我们可以适时地把科学家语录或者形象比喻引入课堂中。比如介绍富勒烯，我们就把该领域的权威专家中科院化学所王春儒研究员的评论作为引言：“诸多异乎寻常的性能，使富勒烯对化学、物理、材料、医药、微电子等领域产生了深远影响，在应用方面显示出诱人前景。”介绍碳纳米管和石墨烯的卓越性能时，则可以引用诺贝尔奖委员会所举的例子：“碳纳米管中碳原子的对称性使其比计算机芯片上硅的导电性更好，其电阻更低产生的热量也更少，这一特性对于芯片制造商来说其价值是巨大的。”“如果用1平方米的石墨烯吊床去承载4公斤的猫，那么这只吊床只有0．77毫克，比猫的一根胡须还轻，并且用肉眼几乎看不到这只吊床的存在”。相信学生听完了这些比喻后会对这3类碳纳米材料留下深刻的印象，且理解了相关性质。同时，他们也会由此对其充满兴趣，对化学这一神奇的学科充满热爱及探索的欲望。

新型碳材料的研究对化学科研的影响

新型碳材料的性质几乎可以包括所有物质的性质甚至相对立的性质：从全透光到全吸光、极硬到极软、隔绝热到良导热、绝缘体到半导体再到导体、超导体等。国内外已有相当一部分机构专门研究相关碳材料的创新应用。例如，中科院兰州化学物理研究所、清华大学的一碳化工国家重点实验室、上海大学的低维碳材料与器件物理研究所、美国肯塔基大学的先进碳材料中心以及山西大同大学的碳材料研究所等等。本文重点介绍碳纳米材料（富勒烯、碳纳米管和石墨烯）的相关科研运用。

（一）富勒烯的相关应用材料学方面：富勒烯的高度对称性决定了它在电、磁、光材料领域的应用十分重要。例如，北大合成的K3C60和RbC60超导体及中科院研究出的C60与四氮富勒烯化合物形成电荷转移复合物，均达到当时期国际先进水平；再如由C60掺入高分子合成光学限幅材料，将有机配合物与之配伍形成有机铁磁体，实现了人们以廉价碳材料代替昂贵金属材料的期望。生物功能学方面：它的衍生物具有良好的生物活性，能使DNA选择性地进行分裂；它还具有抗病毒活性，用其合成生物功能材料、催化剂，在超分子化学、仿生化学领域有重要作用。电化学方面：基于富勒烯衍生物来修饰电极的DNA电化学传感器的研究已获得了一定进展。

（二）碳纳米管的相关应用电化学方面：碳纳米管用于修饰电极可以降低氧化还原反应产生的过电位，对生物分子活性中心的电子传递具有促进作用，能改善生物分子氧化还原的可逆性。基于多壁碳纳米管复合膜的电化学DNA生物传感器可实现特异性基因片段的快速检测。基于碳纳米管的电化学生物传感器用于环境检测的研究也颇具进展。材料学方面：碳纳米管具有优良的电学和力学性能，是复合材料的理想添加剂。碳纳米管电容器具有良好的放电性能，锂离子电池是碳纳米管应用研究领域之一。碳纳米管储氢材料在燃料电池系统中用于氢气存储。由于其表面原子配位不全以及键态与内部不同等导致表面活性位置增加，它又成为理想的催化剂载体材料。［2］仪器分析方面：在电泳领域，碳纳米管可作为电泳分离介质添加剂或作为一种固定相；在色谱法中，多壁碳纳米管石墨化程度较高，可作为气相色谱、液相色谱和毛细管电动色谱的固定相。在质谱分析中，碳纳米管的背景信号少，因此作底物时峰强、分辨率及信噪比均有很大提高。在分子光谱领域，羧基化碳纳米管引入了亲水基团，降低溶液的表面张力使检测的灵敏度和稳定性增强。在萃取法中，其共轭结构体系可与有共轭结构的化合物强烈吸附，使检测限大大提高。

（三）石墨烯的相关应用电化学方面：基于石墨烯的超级电容器具有良好的功率特性，有其独特的优势。薄层石墨烯在锂离子电池负极材料中也有较好的应用前景。良好的透光性和导电性使它在电池领域成为很有潜力替代ITO的新材料。结合高比表面积和对金属离子的富集作用，石墨烯修饰电极被广泛应用于无机金属离子的检测。此外，石墨烯良好的电化学发光性能使它又成为继量子点之后又一灵敏的电化学发光材料，可用于电化学检测。材料学方面：石墨烯具有优异的电学性质、机械性能以及高比表面积，利用其对一些材料进行修饰，或与聚合物、金属、半导体等复合，可得到优异的复合功能材料。由于石墨烯具有优异的氢气吸附特性，它可作为储氢材料。在生活中，石墨烯还可作为超导材料、防静电衣料、减少噪声的元件等。［3］生物传感方面：由于碳原子都在外表面上，对外界事物的响应极其灵敏，利用石墨烯制成单分子检测器就能成为高灵敏传感器；哈佛大学和麻省理工大学联合发现石墨烯非晶体碳复合膜制成人工膜可用于DNA测序。各类基于石墨烯修饰的生物传感器被广泛研究对于生物质的检测，比如谷胱甘肽、辅酶等。#p#分页标题#e#

导电高分子材料的优点篇10

石墨烯是什么

石墨烯是一种由碳原子以SP2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是人类已知强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”，极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

石墨烯的应用领域

石墨烯在已知的材料中电阻率最小、导热系数最高，它电流密度是铜的100万倍，导热率是铜的10倍，因此也是最理想的电极和半导体材料，被认为可以引起现代电子科技和信息技术的革命。

目前，石墨烯主要应用于复合材料、导电导热涂层、超级电容器、锂离子电池等，未来进一步的发展可能是柔性显示、太阳能、高性能芯片、医学生物等领域。

新能源汽车锂电材料领域。石墨烯作为导电添加剂能大幅提升锂离子电池的充电效率、稳定性和使用寿命，相比颗粒状导电剂和碳纳米管具有显著性能优势。导电添加剂能大幅提升锂离子电池导电性，提高电动车的快充性能。导电添加剂的作用就是在具体活性物质之间、活性物质与集流体之间收集微电流以减小电极的接触电阻，加速电子的移动速率。与传统的导电剂相比，石墨烯导电剂性能更为优异，与碳纳米管相比也更胜一筹。

超级电容器领域。超级电容器是一种靠极化电解液来存储电能的新型电化学装置，介于传统电容器和二次电池之间，具有充放电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，在各类需要能源转化的领域拥有巨大的应用价值。由于石墨烯具有特高的表面面积对质量比例，石墨烯可以用于超级电容器的导电电极。科学家认为这种超级电容器的储存能量密度会大于现有的电容器。

电子设备领域。电子产品的轻薄化对散热提出了更高的要求。当前，电子产品的轻薄化已经成为一大趋势，伴随着产品功能增强、性能提高，高功率的处理芯片带来了更多的热量，更快的处理速度和更低的电量消耗对智能终端提出了更高的散热需求。2011年，美国佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）学者首先报道了垂直排列官能化多层石墨烯三维立体结构在热界面材料中的应用及其超高等效热导率和超低界面热阻。

透明导电薄膜领域。传统的显示屏导体材料基本都使用ITO膜，但ITO材料具有价格高、易碎、有毒等缺点，且受制于导电性、透光率、弯曲性等本质问题，已无法满足移动终端、可穿戴设备、智能家电对触控面板提出的更高的要求。与ITO相比，石墨烯性能更为优异。

通常衡量透明导电膜性能有两个指标：导电性和透光率。石墨烯具有高透光度、强韧性和优异的导电性能，是新型透明导电膜的理想材料。此外，石墨烯触摸屏sensor加工工序相对简单，对生产设备、场地等投资要求较低，可进一步降低模组成本。目前，在技术层面石墨烯替代ITO作为触摸屏已经没有障碍，与ITO其他替代材料比，石墨烯更为全面，进展加速。