导电高分子材料的研究进展

康丹

深圳市沃尔核材股份有限公司，广东省,深圳市，518118

摘要：导电高分子材料的发现为众多领域的发展引领了全新的方向。导电高分子材料因其易加工、导电性能可调节、重量轻等优点而被世界所关注。同时也因其独特的性能、优势以及应用价值，决定了其广阔的发展空间。本文介绍了导电高分子材料的分类并分析了导电高分子材料在各领域中的应用。

[关键词] 导电高分子材料 分类 应用

导电物质的研发与应用是每个国家发展、关注的重要领域。根据导电性能对材料进行划分，可以分为绝缘体、半导体、导体和超导体四种类型。在20世纪九十年代两位科学家发现高分子材料具有导电性能，从此便定义为导电高分子材料。通过长期的科学研究和发展,人们对导电高分子的使用范畴逐步扩大,充分利用它独特的优势、特点开辟了导电高分子材料使用的新领域。比如,已在隐身技术、显示器、电池、光电子器件、生物医学、传感器等领域获得了广泛的应用。而由于导电高分子材料为全世界发展所提供的价值及其巨大的应用前景,已引发了各界科研人员对其进行深入研究。

一、导电高分子材料的分类

由于制备工艺的不同与结构差异，导电高分子材料目前主要有复合型导电高分子材料与结构型导电高分子材料两大类。

1、复合型导电高分子材料

世界上使用最广泛的复合型导电高分子材料的生产技术简便,这是其优势所在,也是它使用广泛的原因所在。组成复合型导电高分子产品的主要原材料为基础性高分子材料和导电性物质,将原材料通过一定而又特殊的物理化学加工方式充填在聚合物基体内,进而形成复合型导电高分子材料产品。复合型导电高分子材料领域中广泛使用的产品有导电橡胶、导电树脂、导电纤维织物、半透明导电膜、导电材料和导电胶黏剂等。

由基础性高分子材料与导电性物质构成的填充物一般为石墨、碳纤维、金属粉等物质，其是导电性能的根源。其中的基础性高分子材料决定着复合型导电高分子材料的强度、抗老化性能与耐热性，所以基础性高分子材料的选择很重要，应该结合材料的实际使用需求进行综合分析。常用的基础性高分子材料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂等。导电性物质顾名思义是提供导电性能的，其导电性能由用量、分布情况等决定。导电物质的浓度与导电性能呈现正比趋势，即其浓度越高其导电性越强，但是当其浓度达到一定值时，其导电性能是不再增加的。常使用的导电性物质一般为石墨烯、金属及其氧化物。加工的工艺常采用分散聚合、层积复合等方式；而聚合物基体则发挥着将填充物进行粘合与加工的作用。

2、结构型导电高分子材料

结构型导电高分子材料，是可以依靠自身结构而决定其是否具有导电性的高分子材料。虽然我国普遍使用的是复合型导电高分子材料，但是对结构型导电高分子的研究却一直深入开展。通过对导电机理的研究，发现可以从合成大型离域π键的分子结构与对共轭结构进行化学掺杂两方面提高其导电率。所以，探索分子结构的合成、寻找合适的掺杂剂并进行合理掺杂是探索研究的重要方向。与此同时，优化工艺参数，提升高分子材料结构性能也是提升其导电性能的研究方向。

结构型导电高分子材料根据其分类原则可以分为两个类型。按照导电载流子进行分类，可以分成离子型导电高分子即高分子固体电解质（其导电载流子以离子为主）和电子型导电高分子（以共轭高分子为主体，其导电载流子主要是电子或空穴）；而按照电导率的大小可以分为高分子半导体、高分子金属和高分子超导体。结构型导电高分子材料主要有聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯、聚苯乙炔、聚对苯硫醚等。

二、导电高分子材料的应用

1、在隐身技术中的应用

存在于结构型导电高分子材料中的电导率会使材料中电磁波形成电流，进而实现电磁波被吸收。虽然说电导率与电磁波吸收呈正比，但是电磁波的吸收效果不会因电导率越高而越好，当电导率太高时反而会导致电磁波被反射，影响电磁波的吸收。因此，在使用结构型导电高分子材料时要注意调节电导率，才能实现更好的隐身效果。

科学家为在复合型导电高分子材料的应用中取得更完美的隐身效果，将纳米微粒材料增加到复合型导电高分子材料的基体中，利用其对电磁波较强的透过率与对电磁波和红外光波较强的吸收率，降低雷达信号的接收效果，进而实现隐身的作用。

2、导电性能的应用

科学家们充分利用导电高分子材料易加工的特点，引导电解合成的导电高分子发生电化学掺杂与脱掺杂反应，使导电高分子材料变成绝缘体；而这种电化学反应是具有可逆性的，可以再发生电化学氧化掺杂反应，使材料由绝缘体变回导电体，并且材料的导电性能会根据电化学反应的程度不同而产生相应的变化。

3、电池方面的应用

电池的电极材料要符合相对密度低、电导率高(室温)的要求,而导电高分子除了符合这些要求之外,还要具备电化学氧化还原特性,并且使可逆性的反应，所以把导电高分子用作电池的电极材料就再合适不过了。另外,由于采用导电高分子材料制造的电池有容易成膜、便于携带、电量持久等优势,在攻克其它问题的前提下,相信采用导电高分子材料制造的电池将会非常畅销。

4、药物释放方面的应用

医疗中使用的电疗法普遍被民众所接受，其原理便是依靠电化学反应帮助药物通过皮肤渗透至体内。导电高分子材料的掺杂与脱掺杂本质上是离子嵌入与脱嵌入的过程，上述两点结合完全可以实现导电高分子电池通过电流的产生将药物释放进而渗透至血液。

5、传感器方面的应用

导电高分子的电导率使不稳定的，其会受到很多外界影响因素的影响，如外界温度与湿度、稀释程度、纯度等。通过利用其易受影响因素所改变的特性将其运用于传感器方面,包括了气体传感器、浓度感应器。在生物医学方面中,电化学传感器、接触传感器(人工皮肤)、热感应器等已依靠导电高分子材料作为基础进行应用。温度传感器也可选用不同的新型导电高分子填充物,生产出适合于不同要求的高电势的电流。

四、总结

导电高分子材料的发现是材料应用界的重要突破，为各个行业的发展带来进展的同时，也带动了新兴领域的崛起。本文依据导电高分子材料的结构与加工工艺的不同，将导电高分子材料分为复合型导电高分子材料与结构型导电高分子材料，并详细介绍了其组成部分发挥的性能与市场中普遍使用的材料。同时结合其独特的性能，例如相对密度小、加工效果好、耐腐蚀、结构易变、易成膜以及电导率调节等特点，分析了导电高分子材料在不同领域中的应用，如隐身技术方面、导电性能方面、电池方面、药物释放方面、传感器方面等。相信通过对导电高分子材料的进一步研究，其独有的优势会得到更深的发掘，会应用到更多的领域，为我国的科技的发展提供更多的基础，更快的推进经济的进步。

参考文献

[1]陈东红,虞鑫海,徐永芬.导电高分子材料的研究进展.化学与黏合

[J].2012,(6).

[2]鹿畅.导电高分子材料的研究进展.当代化工研究[J].2018,(12).