導(dǎo)電高分子材料是具有導(dǎo)電功能的聚合物材料，隨著科學(xué)技術(shù)以及化工技術(shù)的高速發(fā)展，導(dǎo)電高分子材料以其自身具有的易加工、質(zhì)量輕、抗腐蝕、易成型等特性，實(shí)現(xiàn)了更大的商業(yè)價(jià)值以及環(huán)保價(jià)值，從而得到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。

導(dǎo)電高分子材料可以通過(guò)產(chǎn)生的方式和結(jié)構(gòu)的不同分為復(fù)合型材料與結(jié)構(gòu)型材料兩類，這兩類材料雖然具有較為相似的特性，但是也存在著較大的差別，而且應(yīng)用的方向和范圍也有所不同。

1、復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料

由通用的高分子材料與各種導(dǎo)電性物質(zhì)通過(guò)填充復(fù)合、表面復(fù)合或?qū)臃e復(fù)合等方式而制得。主要品種有導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電纖維織物、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠粘劑以及透明導(dǎo)電薄膜等。其性能與導(dǎo)電填料的種類、用量、粒度和狀態(tài)以及它們?cè)诟叻肿硬牧现械姆稚顟B(tài)有很大的關(guān)系。常用的導(dǎo)電填料有炭黑、金屬粉、金屬箔片、金屬纖維、碳纖維等。

2、結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料

是指高分子結(jié)構(gòu)本身或經(jīng)過(guò)摻雜之后具有導(dǎo)電功能的高分子材料。根據(jù)電導(dǎo)率的大小又可分為高分子半導(dǎo)體、高分子金屬和高分子超導(dǎo)體。按照導(dǎo)電機(jī)理可分為電子導(dǎo)電高分子材料和離子導(dǎo)電高分子材料。

電子導(dǎo)電高分子材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有線型或面型大共軛體系，在熱或光的作用下通過(guò)共軛π電子的活化而進(jìn)行導(dǎo)電，電導(dǎo)率一般在半導(dǎo)體的范圍。采用摻雜技術(shù)可使這類材料的導(dǎo)電性能大大提高。如在聚乙炔中摻雜少量碘，電導(dǎo)率可提高12個(gè)數(shù)量級(jí)，成為“高分子金屬”。經(jīng)摻雜后的聚氮化硫，在超低溫下可轉(zhuǎn)變成高分子超導(dǎo)體。

結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料用于試制輕質(zhì)塑料蓄電池、太陽(yáng)能電池、傳感器件、微波吸收材料以及試制半導(dǎo)體元器件等。但目前這類材料由于還存在穩(wěn)定性差(特別是摻雜后的材料在空氣中的氧化穩(wěn)定性差)以及加工成型性、機(jī)械性能方面的問(wèn)題，尚未進(jìn)入實(shí)用階段。

1、復(fù)合型導(dǎo)電高分子的制備方法

復(fù)合型導(dǎo)電高分子在制備中所用的復(fù)合方法主要有兩種：一種是把親水性聚合物或者結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子和基體高分子放在一起進(jìn)行共混;另一種是將各種導(dǎo)電填料，如金屬粉末、鋁纖維、碳纖維、不銹鋼纖維及很多金屬纖維填充到基體高分子里面，填充的纖維最佳直徑為7μm。

纖維狀填料的接觸幾率很大，因此金屬纖維在填充量很少的情況下就可以獲得較高的導(dǎo)電率。其中，金屬纖維的長(zhǎng)徑比對(duì)材料的導(dǎo)電性能有很大的影響，長(zhǎng)徑比越大，其導(dǎo)電性和屏蔽效果越好。

2、結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子的制備方法

結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子的制備方法主要有以下幾種：化學(xué)氧化聚合法、電化學(xué)聚合法以及熱分解燒結(jié)新工藝等。

①化學(xué)氧化聚合法

化學(xué)氧化聚合是在酸性的條件下用氧化劑制得電導(dǎo)率高、性質(zhì)基本相同、穩(wěn)定性好的聚合物，經(jīng)常使用的氧化劑有(NH4)2S2O8，KIO3，K2Cr2O7等，它們往往同時(shí)也是催化劑。

化學(xué)氧化聚合法制備聚合物主要受反應(yīng)介質(zhì)酸的種類及濃度、氧化劑的種類及濃度、反應(yīng)溫度及時(shí)間、單體濃度等因素的影響。研究較多的主要是溶液聚合、乳液聚合、微乳液聚合、界面聚合、定向聚合、液晶結(jié)合及中間轉(zhuǎn)化法等。

②電化學(xué)聚合法

電化學(xué)聚合法主要有恒電流法、恒電位法、脈沖極化法以及動(dòng)電位掃描法。

以聚苯胺為例，電化學(xué)聚合法是在含苯胺的電解質(zhì)溶液中采用適當(dāng)?shù)碾娀瘜W(xué)條件，使苯胺發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，生成聚苯胺薄膜黏附于電極表面，或者是聚苯胺粉末沉積在電極表面，一般都是苯胺在酸性溶液中，在陽(yáng)極上進(jìn)行聚合。

影響聚苯胺電化學(xué)聚合法的因素主要有：苯胺單體的濃度、電解質(zhì)溶液的酸度、電極材料、電極電位、溶液中陰離子種類、聚合反應(yīng)溫度等。電化學(xué)聚合法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物的純度比較高，聚合時(shí)反應(yīng)條件較簡(jiǎn)單而且容易控制;缺點(diǎn)是只適宜合成小批量的聚苯胺，很難進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

采用化學(xué)氧化聚合法制備的聚合物不溶不熔，而且力學(xué)性能和加工性能比較差，難以直接進(jìn)行加工應(yīng)用;利用電化學(xué)聚合法雖然可以獲得聚合物的導(dǎo)電膜，但是膜的面積會(huì)受到電極面積的限制，不可能做成大面積的實(shí)用導(dǎo)電膜。

此外，還有一種聚合方法對(duì)于導(dǎo)電高分子材料有很好的合成前景，就是酶促聚合。利用酶促聚合方法制備聚苯胺雖然十年之前就報(bào)道過(guò)，但對(duì)于聚吡咯直到最近也沒(méi)有成功地通過(guò)酶促聚合制備出來(lái)。有學(xué)者相信之所以這樣是因?yàn)橄啾扔诒桨?，吡咯具有更高的氧化電?shì)，由于氧化酶和漆酶的氧化電勢(shì)比吡咯的低，所以這些酶上的活性位點(diǎn)不能夠直接氧化吡咯單體。可以通過(guò)尋找合適的酶促反應(yīng)催化劑來(lái)降低氧化電勢(shì)，從而使反應(yīng)順利進(jìn)行。

1、復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理

復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料中填料的分散狀態(tài)決定了材料的導(dǎo)電性，從滲流理論中可看出，孤立分散的填料微粒松散地填充于材料中時(shí)，當(dāng)體積分散達(dá)到一定的臨界含量以后，就可能形成一個(gè)連續(xù)的導(dǎo)電通路。

這時(shí)的離子處于兩種狀態(tài)：一是電荷載流子可以在導(dǎo)體內(nèi)連續(xù)地流動(dòng)，此時(shí)離子間發(fā)生的是物理接觸;二是由于離子間存在粘接劑薄層，載流子本身被激活而運(yùn)動(dòng)。所以，復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料能導(dǎo)電的條件是填充材料應(yīng)該既一定程度地分散，又能形成松散的網(wǎng)絡(luò)分布。

復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料中填充材料的成分、填料粒子的分散狀態(tài)及其與聚合物基體的相互作用都決定了復(fù)合材料的導(dǎo)電性，要想材料能具有更良好導(dǎo)電性，必須使填料粒子既能較好地分散，又能形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或蜂窩狀結(jié)構(gòu)。

2、結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電機(jī)理

離子型導(dǎo)電高分子材料中，像聚醚、聚酯這樣的大分子鏈會(huì)形成螺旋體的空間結(jié)構(gòu)，陽(yáng)離子與其配位絡(luò)合，并且在大分子鏈段運(yùn)動(dòng)促進(jìn)下在其螺旋孔道內(nèi)通過(guò)空位進(jìn)行遷移，或者是被大分子“溶劑化”了的陰陽(yáng)離子在大分子鏈的空隙間進(jìn)行躍遷擴(kuò)散。

電子型導(dǎo)電高分子材料中，主體高分子聚合物大多數(shù)為共軛體系，長(zhǎng)鏈中的π鍵電子活性較大，尤其是與摻雜劑形成電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物之后，很容易就會(huì)從軌道上逃逸出來(lái)而形成自由電子。

大分子鏈內(nèi)以及鏈間的π電子由于軌道重疊交蓋可以形成導(dǎo)帶，這樣就可以為載流子的轉(zhuǎn)移和躍遷提供通道，在外加能量以及大分子鏈振動(dòng)的推動(dòng)下就可以傳導(dǎo)電流了。

1、電極材料中的應(yīng)用

導(dǎo)電高分子材料作為電極材料的應(yīng)用是目前應(yīng)用最廣泛的一種。實(shí)踐證明，在以高分子材料如，聚乙炔、聚苯胺、作為電極材料的電池中，電池所具有的電功率、電容量和電能質(zhì)量相對(duì)于傳統(tǒng)電池而言具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。例如，以聚苯胺為電極材料、以Al-EMIC為電解質(zhì)的電池中，電壓可達(dá)到1.0V，以活性碳纖維為電極的電池具有很強(qiáng)的電容量。

從而可見(jiàn)，導(dǎo)電高分子材料作為電極材料的應(yīng)用具有廣泛的發(fā)展前景和商業(yè)價(jià)值，但在實(shí)際發(fā)展中電解質(zhì)仍存在不穩(wěn)定性，這需要人們對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

2、電解沉淀物中的應(yīng)用

導(dǎo)電高分子材料在金屬電解沉淀中的應(yīng)用具有重要的意義。一般情況下，在印刷電路的工藝制造中，通常需要采用電解沉淀的方法進(jìn)行金屬沉淀過(guò)程，而傳統(tǒng)的制作過(guò)程中，大都采用具有有毒性質(zhì)的化學(xué)藥劑進(jìn)行電解，具有一定的危害性且成本較高。

采用導(dǎo)電高分子材料如，聚毗咯為基質(zhì)進(jìn)行電解沉淀，不僅實(shí)現(xiàn)了電解的無(wú)毒性發(fā)展，也在一定程度上簡(jiǎn)化的制作流程，增強(qiáng)了金屬吸附性。

3、電容器中的應(yīng)用

導(dǎo)電高分子材料中的高分子電解質(zhì)在充當(dāng)電極固體電解質(zhì)的過(guò)程中時(shí)，會(huì)在電極與電解質(zhì)之間形成容量巨大的雙電層，這種雙電層在一定程度上，通過(guò)采用一些手段可制作成電容器。多數(shù)實(shí)踐證明，以混合物作為電容器電解質(zhì)具有較強(qiáng)的電導(dǎo)率;以高分子材料混合物為電解質(zhì)制成的電偶電容器，則具有很強(qiáng)的充電放電性，有時(shí)電容量能達(dá)到0.57F/cm2。

4、固體電池中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的電池中，一般采用液態(tài)物質(zhì)為電解質(zhì)，從而導(dǎo)致電池經(jīng)常出現(xiàn)漏液、受潮、穩(wěn)定性差的現(xiàn)象產(chǎn)生。而通過(guò)利用導(dǎo)電高分子材料中的高分子固態(tài)電解質(zhì)并制成相應(yīng)的電極保護(hù)膜，則有效的取代了原有的液態(tài)電解質(zhì)，并在減輕電池自身重量的基礎(chǔ)上，提升了電池蓄電的能力。此外，有研究表明，通過(guò)利用聚吡咯、氧化乙烯固態(tài)電解質(zhì)能制成電壓為0.35的光電池，該電池在很大程度上具有綠色環(huán)保性質(zhì)。

5、電致變色上的應(yīng)用

所謂的電致變色主要是指：通過(guò)對(duì)物質(zhì)施加一定的電壓，導(dǎo)致物質(zhì)發(fā)生了一定化學(xué)反應(yīng)，從而改變物質(zhì)顏色變化的過(guò)程。實(shí)踐證明，導(dǎo)電高分子材料在基于電致變色原理的基礎(chǔ)上，可有效的發(fā)生電致變色過(guò)程，從而可將導(dǎo)電高分子材料應(yīng)用于電致變色領(lǐng)域中，如電致變色智能玻璃、電致變色板等。

6、傳感器上的應(yīng)用

在導(dǎo)電高分子材料中的高分子固態(tài)電解質(zhì)中，在基于不同離子所具有的性質(zhì)的基礎(chǔ)上，采用一定的技術(shù)手段進(jìn)行有效測(cè)定可制造出電動(dòng)勢(shì)，從而將導(dǎo)電高分子材料中的高分子固態(tài)電解質(zhì)制成傳感材料，并應(yīng)用于傳感器中。

7、其他方面的應(yīng)用

導(dǎo)電高分子材料除上述介紹到的應(yīng)用外，在其他領(lǐng)域、其他方面同樣具有一定的應(yīng)用價(jià)值。例如，微波吸收材料中的應(yīng)用、半導(dǎo)體元器中的應(yīng)用、超導(dǎo)體材料中的應(yīng)用、電子設(shè)備儀器防干擾中的應(yīng)用等。目前，有關(guān)于導(dǎo)電高分子材料如何減小熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)等外界因素的影響，實(shí)現(xiàn)在日常生活中的廣泛應(yīng)用以及在新材料中的研究應(yīng)用，已成為人們研究的重點(diǎn)。

下面對(duì)其有待發(fā)展的方面進(jìn)行研究和展望。

1、解決導(dǎo)電高聚物的加工性和穩(wěn)定性。現(xiàn)有的導(dǎo)電高分子聚合物多數(shù)不能同時(shí)滿足高導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和易加工性。合成可溶性導(dǎo)電高聚物是實(shí)現(xiàn)可加工性和研究結(jié)構(gòu)與性能的有效途徑。

2、自摻雜或不摻雜導(dǎo)電高分子。摻雜劑不穩(wěn)定或聚合物脫雜往往影響聚合物的導(dǎo)電性。因此，合成自摻雜或不摻雜導(dǎo)電高分子可以解決聚合物穩(wěn)定性問(wèn)題。

3、在分子水平研究和應(yīng)用導(dǎo)電高聚物。開(kāi)發(fā)新的電子材料和相應(yīng)的元件已引起各國(guó)科技工作者的重視。如果技術(shù)上能很好地解決導(dǎo)電高分子的加工性并滿足綠色化學(xué)的要求，使其實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電高分子實(shí)用化，必將對(duì)傳統(tǒng)電子材料帶來(lái)一場(chǎng)新的技術(shù)革命。

高分子合成材料被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)與生活之中，在現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展與科技進(jìn)步的要求下，導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用也得到了普遍的應(yīng)用。社會(huì)的發(fā)展需要新型材料的不斷支持，同時(shí)也需要對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行更加深入和完善的研究。

通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，在導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用中，仍有許多方面沒(méi)有充分發(fā)揮出其真正的使用價(jià)值，這也就表明該材料的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展空間。因此，對(duì)導(dǎo)電高分子材料進(jìn)行繼續(xù)研究，使其能夠充分利用到實(shí)際的生產(chǎn)和生活中是非常重要的。