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1，導(dǎo)電高分子的介紹
2，導(dǎo)電高分子材料定義
3，導(dǎo)電高分子的概述
4，導(dǎo)電高分子須具備哪些方面的條件有哪些應(yīng)用和應(yīng)用前景
5，導(dǎo)電高分子有哪些分類各自的機(jī)理是什么
6，求導(dǎo)電高分子的有關(guān)資料

1，導(dǎo)電高分子的介紹

所謂導(dǎo)電高分子是由具有共扼π-鍵的高分子經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)“摻雜”使其由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體的一類高分子材料

導(dǎo)電高分子的介紹

2，導(dǎo)電高分子材料定義

導(dǎo)電高分子材料是一類具有接近金屬導(dǎo)電性的高分子材料。同金屬相比高分子材料具有低密度，低價(jià)格，高可加工性等優(yōu)點(diǎn)

導(dǎo)電高分子材料定義

3，導(dǎo)電高分子的概述

導(dǎo)電高分子完全不同于由金屬或碳粉末與高分子共混而制成的導(dǎo)電塑糕因此，導(dǎo)電高分子的可分子設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特征為除了具有高分子結(jié)構(gòu)外，還含有由“摻雜”而引入的一價(jià)對(duì)陰離子(p-型摻雜)或?qū)﹃栯x子(n-型摻雜）所以，通常導(dǎo)電高分子的結(jié)構(gòu)特征是由有高分子鏈結(jié)構(gòu)和與鏈非鍵合的一價(jià)陰離子或陽離子共同組成。因此，導(dǎo)電高分子不僅具有由于摻雜而帶來的金屬(高電導(dǎo)率)和半導(dǎo)體(p-和n-型)的特性之外，還具有高分子的可分子設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)多樣化，可加工和比重輕的特點(diǎn)。為此，從廣義的角度來看，導(dǎo)電高分子可歸為功能高分子的范疇。

導(dǎo)電高分子的概述

4，導(dǎo)電高分子須具備哪些方面的條件有哪些應(yīng)用和應(yīng)用前景

：導(dǎo)電高聚物是由具有共軛π鍵的聚合物經(jīng)化學(xué)和電化學(xué)“摻雜”后形成的，這種“摻雜”不同于無機(jī)半導(dǎo)體的“摻雜”概念，它是氧化還原的過程，摻雜量很大，可達(dá)50％，而且可以進(jìn)行“脫摻雜”。導(dǎo)電高聚物可以具有與金屬相比擬的高電導(dǎo)率，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)多樣化、可加工和相對(duì)密度低等特點(diǎn)，另外，導(dǎo)電高聚物的電導(dǎo)率可以在絕緣體—半導(dǎo)體-金屬態(tài)(10-9～105)S／cm)較寬的范圍內(nèi)變化，這是目前其他材料無法比擬的。導(dǎo)電高分子應(yīng)用于靜電照相，靜電復(fù)印。另外全息記錄材料也用到了導(dǎo)電高分子。

盡管導(dǎo)電高聚物研究?jī)H有20余年的歷史，但無論在材料的設(shè)計(jì)和合成，摻雜和導(dǎo)電機(jī)理，結(jié)構(gòu)與性能，加工性和穩(wěn)定性以及在技術(shù)上的應(yīng)用探索等方而均已取得長(zhǎng)足的進(jìn)展，并正向?qū)嵱没姆较蜻~逃但是，在基礎(chǔ)理論研究方面，導(dǎo)電高聚物而臨著“合成金屬”、分子導(dǎo)線和分子器件的挑戰(zhàn);在應(yīng)用基礎(chǔ)和技術(shù)應(yīng)用方而，導(dǎo)電高聚物也面臨著材料功能化，納米化和實(shí)用化的挑戰(zhàn)。若這些挑戰(zhàn)所帶來的發(fā)展機(jī)遇與導(dǎo)電高聚物本身的強(qiáng)大的生命力相結(jié)合，堅(jiān)信這必將成為21世紀(jì)材料科學(xué)的研究前沿。

5，導(dǎo)電高分子有哪些分類各自的機(jī)理是什么

高分子導(dǎo)電通常分為復(fù)合型和結(jié)構(gòu)型兩大類：①復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料。由通用的高分子材料與各種導(dǎo)電性物質(zhì)通過填充復(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)型高分子導(dǎo)電材料。是指高分子結(jié)構(gòu)本身或經(jīng)過摻雜之后具有導(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)型高分子導(dǎo)電材料用于試制輕質(zhì)塑料蓄電池、太陽能電池、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)械性能方面的問題，尚未進(jìn)入實(shí)用階段。

6，求導(dǎo)電高分子的有關(guān)資料

導(dǎo)電高分子復(fù)合材料是一類具有重要理論研究?jī)r(jià)值和廣闊應(yīng)用前景的新型功能材料.本文介紹了這類材料的基本導(dǎo)電理論、特殊效應(yīng)理論、主要應(yīng)用概況以及目前的研究進(jìn)展.高分子材料在很長(zhǎng)一段時(shí)期都被用作電絕緣材料.隨著不同應(yīng)用領(lǐng)域的需要以及為進(jìn)一步拓寬高分子材料的應(yīng)用范圍，一些高分子材料被賦予某種程度的導(dǎo)電性以致成為導(dǎo)電高分子材料.第一個(gè)高導(dǎo)電性的高分子材料是經(jīng)碘摻雜處理的聚乙炔，其后又相繼開發(fā)了聚吡咯、聚對(duì)苯撐、聚苯硫醚、聚苯胺等導(dǎo)電高分子材料〔1〕.由于這些導(dǎo)電高分子材料都具有共軛鍵結(jié)構(gòu)，并且主要是由化學(xué)方法處理得到的，因此常稱為本征型導(dǎo)電高分子材料.但是，這類材料的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性較差，電導(dǎo)率分布范圍較窄，成本較高，而且加工困難，尚未進(jìn)入批量生產(chǎn)的實(shí)用階段〔2〕.本征型導(dǎo)電高分子材料在應(yīng)用方面遇到的困難短期難以解決，促使人們轉(zhuǎn)而研究和開發(fā)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料.導(dǎo)電高分子復(fù)合材料是以高分子材料為基體，通過加入導(dǎo)電功能體，經(jīng)過分散復(fù)合、層積復(fù)合以及形成表面導(dǎo)電膜等方式處理后形成的多相復(fù)合導(dǎo)電體系.由于原料易得、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、成本較低、電阻率可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，同時(shí)具有一定程度的再加工性并兼有高分子基體材料的一些優(yōu)異性能而受到廣泛重視.導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的研究工作主要有：① 復(fù)合材料導(dǎo)電機(jī)理的理論研究、特殊效應(yīng)機(jī)理的理論研究；② 用不同方法研制新材料的實(shí)驗(yàn)研究；③ 材料應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究.導(dǎo)電高分子復(fù)合材料導(dǎo)電機(jī)理的理論研究工作通常又包括導(dǎo)電通路的形成和形成導(dǎo)電通路后的導(dǎo)電機(jī)理兩方面.前者研究的是加入聚合物基體中的導(dǎo)電功能體在給定的加工工藝條件下，如何達(dá)到電接觸而在整體上自發(fā)地形成導(dǎo)電通路這一宏觀自組織過程；后者則主要涉及導(dǎo)電通路或部分導(dǎo)電通路形成后載流子遷移的微觀過程.顯然，無論是宏觀過程還是微觀過程，它們都受到復(fù)合體系的幾何拓?fù)?、熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等多種因素的制約.因此，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的理論研究工作一方面呈現(xiàn)多樣性、復(fù)雜性，另一方面又與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間存在著不同程度的差異，而且許多理論結(jié)果往往不具有普適性.新材料的實(shí)驗(yàn)研究工作采用的主要方法有：組分改造(改變基體種類、改變導(dǎo)電功能體種類)；整體或組分物性改造(磁化、接枝、熱處理、結(jié)晶、浸漬)；結(jié)構(gòu)改造(板狀、疊層、發(fā)泡)；導(dǎo)電功能體形狀改造(粒狀、球狀、中空狀、纖維狀)等.應(yīng)用研究則包括根據(jù)應(yīng)用條件和具體要求解決各種實(shí)際問題的理論和實(shí)驗(yàn)研究.本文將簡(jiǎn)要介紹這類材料的基本導(dǎo)電理論、特殊效應(yīng)及其機(jī)理、主要應(yīng)用概況以及目前的研究進(jìn)展.一、導(dǎo)電通路的形成理論導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的導(dǎo)電機(jī)理比較復(fù)雜.許多實(shí)驗(yàn)表明，盡管采用不同的制備方法、選取不同的基體材料和功能體，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料卻表現(xiàn)出一種相似的性質(zhì)，即“滲濾閾值” 現(xiàn)象〔3〕.隨著導(dǎo)電功能體含量的增加，開始時(shí)體系的電導(dǎo)率增加極少.當(dāng)導(dǎo)電功能體達(dá)某一臨界含量(閾值)時(shí)，復(fù)合體系的電導(dǎo)率急劇增加(有時(shí)可達(dá)近10個(gè)數(shù)量級(jí)).在導(dǎo)電功能體的臨界含量附近體系電阻率的急劇下降一般被認(rèn)為是由導(dǎo)電功能體形成大量導(dǎo)電通路引起的.因此，導(dǎo)電通路如何形成以及導(dǎo)電功能體的臨界填充率與復(fù)合體系電阻率之間的關(guān)系便成為導(dǎo)電高分子復(fù)合材料研究中首先關(guān)心的問題.許多學(xué)者提出了各種理論來解釋各自的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其理論大致可分為下面幾類模型〔4〕.1. 統(tǒng)計(jì)滲濾模型這類模型大部分為幾何模型，即將基體材料或填充材料抽象為具有某種形狀的分散體系，然后基體材料和填充材料按某種機(jī)理復(fù)合為整體，而且基體成為連續(xù)相，導(dǎo)電填充材料成為不同程度的連續(xù)相或分散相，并由此形成部分導(dǎo)電通道和導(dǎo)電隧道.在此基礎(chǔ)上，尋找復(fù)合材料的電阻率與導(dǎo)電功能體含量之間的關(guān)系.典型的例子是將基體抽象為尺度和形狀不同的球、立方體、長(zhǎng)方體等，而將導(dǎo)電功能體抽象為球、橢球、線狀珠串、葡萄狀珠串等.這種模型對(duì)于二元復(fù)合體系通常是有效的，但是，對(duì)于多元體系(基體材料或填充材料不止一種)，盡管能得出相應(yīng)的模型，但在估計(jì)得出的理論值與實(shí)驗(yàn)值之間的誤差較大.2. 熱力學(xué)模型統(tǒng)計(jì)滲濾模型雖然可以大致解釋復(fù)合體系電阻率的變化趨勢(shì)，但由于過分突出導(dǎo)電功能體的空間幾何特征，幾乎沒有考慮基體與導(dǎo)電功能體之間的相互作用，也沒有考慮界面效應(yīng)的影響，其理論預(yù)期值與許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符，對(duì)許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也無法解釋.熱力學(xué)模型作了相應(yīng)改進(jìn).界面自由能熱力學(xué)模型基于平衡熱力學(xué)原理，認(rèn)為形成導(dǎo)電通道時(shí)的導(dǎo)電功能體的臨界體積分?jǐn)?shù)Vc與體系的總界面自由能過剩有關(guān).當(dāng)總界面自由能過剩超過一個(gè)與高分子種類無關(guān)的普適參數(shù)Δg*時(shí)，導(dǎo)電通道開始形成；另外，實(shí)際加工成型過程中各種因素的作用將造成兩相界面狀況的不斷變化，而且高分子基體的熔融粘度越大、功能體粒子的尺寸越小，則分別對(duì)“平衡”相分離過程的抑制和促進(jìn)作用越大.在此基礎(chǔ)上得出的理論模型，臨界體積分?jǐn)?shù)Vc的估計(jì)與許多導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的實(shí)驗(yàn)值符合得較好.但界面自由能熱力學(xué)模型目前只適用于非極性聚合物基體.動(dòng)態(tài)界面模型基于非平衡熱力學(xué)原理，而且說明了導(dǎo)電通道形成的微觀過程.該模型假定每個(gè)功能體粒子表面都吸附有高分子薄層，其厚度(約15～20 nm)由高分子種類決定，不受功能體表面結(jié)構(gòu)的影響，而且加工過程中不會(huì)被破壞；在功能體含量較低時(shí)，功能體粒子的分布不均勻，既有單個(gè)粒子也有聚集體存在，它們分別被高分子薄層(吸附層)包裹；隨著功能體含量增大至某一定值，填入聚集體中的粒子間的壓縮力將破壞部分粒子吸附層，粒子可相互移動(dòng)至電接觸而成為“絮凝態(tài)”并表現(xiàn)為“層”狀結(jié)構(gòu)，其后逐漸發(fā)展成為三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò).動(dòng)態(tài)界面模型對(duì)復(fù)合體系臨界體積分?jǐn)?shù)Vc的理論估計(jì)值也與許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，不足之處是該模型中某些參數(shù)尚無明確的物理意義.除上述兩大類模型之外，還有結(jié)構(gòu)取向滲濾模型、有效介質(zhì)模型等.結(jié)構(gòu)取向滲濾模型中通常將導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的一些宏觀量與材料結(jié)構(gòu)的一些微觀量用相應(yīng)的參數(shù)聯(lián)系起來，然后借助于大型計(jì)算機(jī)進(jìn)行理論模擬，直至找到比較合理的參數(shù)，最后得出理論模型.由于在很多情形下其理論估計(jì)值的精度并不優(yōu)于熱力學(xué)模型，因此，并未被廣泛采用.有效介質(zhì)模型是一種運(yùn)用自洽條件來處理球形顆粒組成的多相復(fù)合體系各組元的平均場(chǎng)理論，該理論預(yù)期的滲濾閾值通常都比實(shí)驗(yàn)值偏高.二、導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的室溫導(dǎo)機(jī)理導(dǎo)電高分子復(fù)合材料在室溫和較高溫度(如開關(guān)溫度)時(shí)的導(dǎo)電機(jī)制很不相同，下面是目前較為有效的室溫下的導(dǎo)電理論〔5〕.1. 通道導(dǎo)電理論當(dāng)導(dǎo)電功能體為微粒時(shí)，導(dǎo)電微粒相互接觸形成網(wǎng)絡(luò)通道而導(dǎo)電即為通道導(dǎo)電理論.該理論將導(dǎo)電微?？醋鞅舜霜?dú)立的顆粒，并規(guī)則、均勻地分布于聚合物基體中.當(dāng)導(dǎo)電微粒直接接觸或?qū)щ娢⒘ｉg的間隙很(<1 nm)時(shí)，在外電場(chǎng)作用下即可形成通道電流.通道導(dǎo)電理論雖然可以解釋一些導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的滲濾現(xiàn)象，但是，TEM和SEM的觀察結(jié)果都指出復(fù)合材料中的導(dǎo)電微粒分布并不完全與通道理論的假設(shè)條件相符：① 聚合物基體中的單個(gè)導(dǎo)電微粒一般情況下并不彼此獨(dú)立(粒徑特別大的顆粒除外)，許多微粒以聚集體形式存在，聚集體的大小、取向受微粒性質(zhì)(物理和化學(xué)性質(zhì)，特別是表面性質(zhì))和基體性質(zhì)的影響；② 由于聚集體的存在，單個(gè)微粒分布的均勻性難以維持，單從聚集體方面考慮，其分布也是不規(guī)則的；③ 除部分微粒直接接觸或以聚集體形式直接接觸外，更多的導(dǎo)電微粒間的間隙較大，尚未形成接觸狀態(tài)；甚至對(duì)于沒有形成接觸狀導(dǎo)電鏈的情形，只要導(dǎo)電微粒間的間隙較小(10 nm左右)也會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)電現(xiàn)象.這些都是通道理論難以解釋的.2. 隧道效應(yīng)理論當(dāng)導(dǎo)電功能體為微粒且填充率很高時(shí)，微粒之間直接接觸形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的幾率也大，用通道導(dǎo)電理論來解釋通常是有效的.一般的情形是部分導(dǎo)電微粒相互接觸而形成鏈狀導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，另一部分微粒則以孤立粒子或小聚集體形式分布于絕緣的聚合物基體中，基本上不參與導(dǎo)電(若導(dǎo)電微粒的填充率很低，則完全取后一種情形).然而，如果孤立粒子或小聚集體之間相距很近，只被很薄的聚合物薄層(10 nm左右)隔開，由熱振動(dòng)激活的電子就能越過聚合物薄層所形成的勢(shì)壘躍遷到鄰近導(dǎo)電微粒上形成隧道電流，此即量子力學(xué)中的隧道效應(yīng).隧道效應(yīng)理論與一些導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的實(shí)驗(yàn)曲線符合較好.其后的許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是隧道效應(yīng)理論的有力證據(jù)〔6〕.3. 電場(chǎng)發(fā)射理論電場(chǎng)發(fā)射理論認(rèn)為導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的導(dǎo)電機(jī)理除通道導(dǎo)電外，另一部分電流來自內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)隧道作用的結(jié)果.該理論認(rèn)為：非歐姆性來源于電壓增加到一定值時(shí)，導(dǎo)電粒子絕緣層間的強(qiáng)電場(chǎng)促使電子越過勢(shì)壘而產(chǎn)生場(chǎng)致發(fā)射電流.電場(chǎng)發(fā)射理論實(shí)際上也是一種隧道效應(yīng)，只是激發(fā)源為電場(chǎng).事實(shí)上, “通道導(dǎo)電理論”和“隧道電流理論”并不是絕對(duì)可分的.只要有導(dǎo)電通道存在，就可能既存在通道電流又存在隧道效應(yīng), 只是兩種電流的強(qiáng)弱不同.因此，這兩種理論經(jīng)常同時(shí)使用.三、導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的特殊效應(yīng)在特定的外部條件下，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的電學(xué)性能會(huì)不同程度地發(fā)生變化.其中某些導(dǎo)電高分子復(fù)合材料在不同的外部作用力如（壓力、拉力)、溫度、電壓等作用下，表現(xiàn)出一些特殊效應(yīng)，如壓敏、拉敏效應(yīng)，熱敏效應(yīng)，電壓開關(guān)效應(yīng)等〔7〕.1. 壓敏、拉敏效應(yīng)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的壓敏效應(yīng)通常是指在外部壓力的作用下復(fù)合材料由高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)的過程；而在外部拉力作用下，復(fù)合材料由低阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)的過程即為拉敏效.導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的壓敏或拉敏性能不但與材料內(nèi)部常溫下導(dǎo)電潛在能力大小(對(duì)應(yīng)于壓敏效應(yīng))或者已經(jīng)具有的導(dǎo)電能力的大小(對(duì)應(yīng)于拉敏效應(yīng))有重要聯(lián)系，而且與外部作用力的大小和作用力的方向有關(guān).為得到具有拉敏或壓敏性能的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料，從基體材料的性能方面考慮，需要在外力作用下復(fù)合材料有明顯的形變；從填充材料的性能方面考慮，當(dāng)基體材料發(fā)生形變時(shí)，復(fù)合材料內(nèi)部的導(dǎo)電通道的通斷狀態(tài)也應(yīng)有明顯的變化.橡膠或其他彈性體易于在外力作用下發(fā)生形變，故目前大部分具有壓敏或拉敏效應(yīng)的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料使用的基體多限于彈性體.導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的壓敏效應(yīng)、拉敏效應(yīng)的機(jī)理可以用通道導(dǎo)電理論解釋.對(duì)于壓敏的情形，導(dǎo)電功能體的含量較少(不同材料有各自的臨界值范圍)，而且功能體分布尚未形成直接的導(dǎo)電通道.此時(shí)若對(duì)復(fù)合材料施加壓力，當(dāng)壓力小于某一臨界值時(shí)，材料仍呈高阻態(tài)；當(dāng)壓力超過上述臨界值時(shí)，復(fù)合材料的形變足以使復(fù)合材料內(nèi)部在力的方向上產(chǎn)生一定數(shù)量的導(dǎo)電通道并在外電場(chǎng)作用下而導(dǎo)電.對(duì)于拉敏的情形，導(dǎo)電功能體的含量較多(也存在臨界含量)，功能體分布已經(jīng)形成部分直接導(dǎo)電通道和導(dǎo)電隧道.在外電場(chǎng)作用下若對(duì)已經(jīng)處于導(dǎo)電狀態(tài)的復(fù)合材料施以拉力，當(dāng)拉力超過某一臨界值時(shí)，復(fù)合材料的形變足以使拉力方向上大量導(dǎo)電通道和導(dǎo)電隧道被破壞而導(dǎo)致復(fù)合材料由導(dǎo)電性轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍?dǎo)電性.2. 熱敏效應(yīng)某些導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的電阻率對(duì)溫度有明顯的依賴性.按電阻率隨溫度上升而增加或下降分為正溫度系數(shù)(PTC)材料和負(fù)溫度系數(shù)(NTC)材料和負(fù)溫度系數(shù)(NTC)材料.性能好的PTC材料具有熱敏開關(guān)特性：即在較窄的溫度范圍內(nèi)電阻率隨溫度的上升急劇增加.對(duì)材料PTC特性的研究始60年代，現(xiàn)在研究成功并投入使用的主要BaTiO3系列陶瓷材料.但由于陶瓷類材料的一些固有性質(zhì)：質(zhì)硬性脆、工藝復(fù)雜且不易控制、制造成本較高等，具有PTC效應(yīng)的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的研究和開發(fā)變得重要起來.目前已經(jīng)研制成功的導(dǎo)電高分子PTC復(fù)合材料大多數(shù)以結(jié)晶性聚烯烴為基體，而以非結(jié)晶性聚合物為基體制備PTC復(fù)合材料的成功例子很少.雖然某些高分子PTC復(fù)合材料現(xiàn)已形成產(chǎn)品，但是關(guān)于聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC效應(yīng)機(jī)理目前尚缺乏普適性的理論模型，以下是一些關(guān)于PTC效應(yīng)機(jī)理的解釋〔8〕.(1) 熱膨脹機(jī)理室溫下導(dǎo)電高分子復(fù)合材料中的導(dǎo)電粒子相互接觸形成一定密度的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，溫度升高時(shí)，聚合物比容呈指數(shù)上升，而導(dǎo)電粒子的比容基本不變，造成兩相材料在同一溫度下的熱失配，使導(dǎo)電粒子或由粒子組成的聚集體之間的距離增加，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)遭到破壞，單位體積中的導(dǎo)電通道減少，電阻率急劇上升.大多數(shù)結(jié)晶性聚合物基體，在其熔點(diǎn)附近，PTC效應(yīng)更加明顯.然而，該理論不能解釋某些具有PTC特性的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料在發(fā)生應(yīng)變時(shí)，PTC效應(yīng)降低的現(xiàn)象，也不能解釋許多導(dǎo)電粒子填充的非晶聚合物無PTC效應(yīng)的原因.(2) 電子隧道效應(yīng)機(jī)理電子隧道效應(yīng)機(jī)理認(rèn)為：聚合物/導(dǎo)電粒子(如炭黑)復(fù)合材料中導(dǎo)電粒子間被很薄的高分子薄膜隔離，其中結(jié)晶性高分子膜(30 nm)的導(dǎo)電性比非晶性高分子膜高得多.溫度較低時(shí)(晶體的晶區(qū)熔化之前)，導(dǎo)電粒子之間可以通過薄膜的晶區(qū)產(chǎn)生隧道效應(yīng)，電阻率較小；隨著溫度的升高，薄膜的晶區(qū)開始熔化，膜的導(dǎo)電性變差，致使復(fù)合材料的導(dǎo)電能力減弱，電阻率增加.并由此得出：應(yīng)該根據(jù)基體的玻璃化溫度Tg來判斷復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度的大??；而且聚合物的Tg越低，復(fù)合材料的PTC效應(yīng)越大.雖然這一理論可以解釋一些聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC現(xiàn)象，但并不具有普適性.因?yàn)樵S多聚合物的Tg很低，用之制備的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料卻并不顯PTC性.另外，該理論提出的結(jié)晶高分子膜比非晶高分子膜導(dǎo)電能力強(qiáng)的觀點(diǎn)也沒有足夠的證據(jù).(3) 競(jìng)爭(zhēng)機(jī)理競(jìng)爭(zhēng)機(jī)理認(rèn)為導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的PTC特性源于復(fù)合材料內(nèi)部?jī)煞N機(jī)制競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果.室溫時(shí)復(fù)合材料中導(dǎo)電粒子的平均間距較小，溫度升高時(shí)，一方面基體發(fā)生膨脹，導(dǎo)致復(fù)合材料中的導(dǎo)電粒子之間距離增大，材料電阻率增加；另一方面，當(dāng)處于較高溫度時(shí)，復(fù)合材料中的導(dǎo)電粒子熱振動(dòng)加劇，能量升高，導(dǎo)電粒子發(fā)射電子的能力增強(qiáng)，自由電子越過隧道勢(shì)壘的動(dòng)能增加，結(jié)果體系電阻率下降.這兩種機(jī)制競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果使得電阻率-溫度曲線上出現(xiàn)峰值.上述幾種理論雖能定性地解釋PTC效應(yīng)的機(jī)理，但定量方面尚顯不足；而且這些理論只適用于某些種類導(dǎo)電高分子復(fù)合材料.關(guān)于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的PTC效應(yīng)機(jī)理的統(tǒng)一理論尚待研究.3. 電壓開關(guān)效應(yīng)在溫度固定(通常為室溫)的條件下，某些導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的導(dǎo)電性隨電壓的升高而增加，而且電流與電壓間的關(guān)系顯非歐姆性.電壓開關(guān)效應(yīng)通常指的是在一定溫度下增加電壓，在某一極小的電壓區(qū)間內(nèi)，復(fù)合材料由非導(dǎo)體劇變?yōu)閷?dǎo)體這一現(xiàn)象.顯然，這種材料必須有導(dǎo)電的潛力，但是在室溫下和低電壓電場(chǎng)的作用下基本不導(dǎo)電.因此，導(dǎo)電功能體的種類和含量在電壓開關(guān)型復(fù)合材料中將起到?jīng)Q定性作用.電壓開關(guān)效應(yīng)的機(jī)理目前也是由通道導(dǎo)電和隧道導(dǎo)電機(jī)理進(jìn)行解釋的.復(fù)合材料中填充一定含量的導(dǎo)電性物質(zhì)后，雖然沒有形成導(dǎo)電通道，但有少量的隧道形成.當(dāng)電壓低于某臨界電壓時(shí)，只能產(chǎn)生極小的隧道電流，此時(shí)復(fù)合材料基本處于非導(dǎo)電狀態(tài)(關(guān)態(tài))；而當(dāng)電壓高于某一臨界值時(shí)，導(dǎo)電粒子之間的場(chǎng)致發(fā)射一方面增加了隧道電流，另一方面使隧道距離較大的導(dǎo)電粒子之間形成微細(xì)導(dǎo)電通道(也稱為“導(dǎo)電絲”)，隧道電流和通道電流一起形成較大的電流(開態(tài)).導(dǎo)電絲一旦形成，它們?cè)谖⒓?xì)導(dǎo)電通道中的作用如同普通工頻電路中的保險(xiǎn)絲.一旦電壓高于另一臨界值，導(dǎo)電絲熔斷，復(fù)合材料又回復(fù)到原來的狀態(tài)(關(guān)態(tài)).四、導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的應(yīng)用原則上絕大多數(shù)聚合物都可用作導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的基體，而且適用的導(dǎo)電填充物質(zhì)的種類也很多，因此，目前已經(jīng)研制出許多滿足各種特殊要求的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料.按基體材料的性質(zhì)可分為：導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電粘合劑、導(dǎo)電彈性體和導(dǎo)電塑料；按導(dǎo)電性可分為：半導(dǎo)電材(ρ>107Ω*cm)、防靜電材料(ρ≈104～107Ω*cm)、導(dǎo)電材料(ρ<104Ω*cm)和高導(dǎo)電材料(ρ≈10-3Ω*cm)；按特殊功能可分為：光導(dǎo)電材料、熱敏導(dǎo)電材料、壓敏導(dǎo)電材料和輻射誘導(dǎo)導(dǎo)電料按導(dǎo)電功能體種類可分為聚合物-炭系(炭黑、炭纖維、石墨)，聚合物-金屬氧化物系(ZnO、PbO、TiO2、SnO、V2O3、VO2、Sb2O、In2O3等)和聚合物-金屬系(銅、銀、鎳、鋁)等.導(dǎo)電功能體還可以有不同的空間形態(tài)，如0維(微粒狀)、1維(纖維狀)和2維(片狀)等.由于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料領(lǐng)域中理論研究工作的逐漸深入和大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的積累，結(jié)合現(xiàn)有的高分子材料理論，現(xiàn)在已經(jīng)可以在一定程度上對(duì)這類材料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).因此，其應(yīng)用范圍也正在逐漸擴(kuò)大.導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的應(yīng)用主要集中在以下四個(gè)方面〔7,9,10,11〕：(1) 抗靜電材料.用于礦山、油田、氣田及化工部門的干粉及易燃、易爆液體的抗靜電輸送管、輸送帶等；用于電子元件、器件等的抗靜電包裝、封裝材料；用于各種超凈化環(huán)境(手術(shù)室、精密儀器室、火藥廠、制藥廠、芯片生產(chǎn)廠)的地板、操作臺(tái)及壁材等.(2) 電磁波屏蔽材料、導(dǎo)電材料.電磁波屏蔽材料用于電子儀器、電器設(shè)備、通訊設(shè)備和音像設(shè)備等的抗干擾屏蔽等.導(dǎo)電材料用于航空器、航天器的非金屬電線、電纜(重量只有相同體積金屬材料的1/3～2/3，電導(dǎo)率與鋁質(zhì)材料相當(dāng)并具有高分子材料的優(yōu)點(diǎn))、柔性導(dǎo)電薄膜(抗疲勞性能優(yōu)異并可以使用多種物理或化學(xué)方法制備兼有其他特殊功能的導(dǎo)電薄膜)、導(dǎo)電膠等.(3) 開關(guān)性能的元器件.利用導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的特殊效應(yīng)，已研制出各種熱敏傳感器、力敏傳感器、自控溫發(fā)熱器、過流保護(hù)器等元器件.(4)光敏材料和半導(dǎo)體材料.利用基體材料的光敏性(如基體大分子的聚合反應(yīng)、交聯(lián)反應(yīng)等對(duì)某種頻率的光或射線的敏感性)制備印刷電路、光敏導(dǎo)電粘接劑.金屬硫化物具有半導(dǎo)體的性質(zhì).利用有機(jī)溶膠方法將金屬硫化物超細(xì)粉與高分子基體復(fù)合并控制其中p型(如CuS)和n型(如CdS、HgS)導(dǎo)電功能體的含量及分布得到的復(fù)合膜已經(jīng)成功地用于高分子整流二極管.五、導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的研究進(jìn)展由于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的性能受到眾多因素的影響，相應(yīng)的導(dǎo)電理論研究工作非常困難而且進(jìn)展緩.既然導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的性能對(duì)基體材料、填充材料、配合劑、加工方法、工藝條件等具有強(qiáng)烈依賴性，如果能得到一種只與復(fù)合材料加工成型后的最終結(jié)構(gòu)參量有關(guān)的導(dǎo)電模型，那么這種模型將適用于描述各種不同結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料的導(dǎo)電性.近年來導(dǎo)電理論研究得出的微結(jié)構(gòu)模型：微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型〔12〕和分形微結(jié)構(gòu)模型〔13〕便試圖達(dá)到這種目的.前者將微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)分為幾何參數(shù)(包括粒子的尺寸、相體積分?jǐn)?shù)和平均粒子間距等)和拓?fù)鋮?shù)(同相粒子及異相粒子之間的毗鄰狀況)，并運(yùn)用拓?fù)鋵W(xué)方法得出了復(fù)合體系的電導(dǎo)率與微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系.后者認(rèn)為復(fù)合體系的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上具有自相似性并利用分形理論得出了復(fù)合體系電導(dǎo)率微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系.盡管微結(jié)構(gòu)模型也不具有普適性，但對(duì)于可應(yīng)用的體系，該模型的精確度有較大程度的提高.應(yīng)用研究方面的進(jìn)展主要有：(1) 以往的拉敏或壓敏導(dǎo)電高分子復(fù)合材料基本是同向敏感材料(平行于外力的作用方向上具有壓敏或拉敏效應(yīng))、開關(guān)性敏感材料(在一定外力作用下要么呈低阻態(tài)，要么呈高阻態(tài)).近年來，異向敏感材料(與外力作用方向不同的其他方向上顯示壓敏或拉敏效應(yīng))和線性敏感材料(復(fù)合材料的電阻隨所承受的外力的大小呈線性變化)也受到廣泛重視〔14,15〕.(2) 以往的熱敏導(dǎo)電高分子復(fù)合材料基本上以結(jié)晶性聚烯烴為基體，近年來已經(jīng)研究開發(fā)出以非結(jié)晶性聚合物為基體的熱敏導(dǎo)電高分子復(fù)合材料〔16,17〕.(3) 改進(jìn)現(xiàn)有導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的性能.如性能穩(wěn)定性(包括材料基本物理、化學(xué)性能的穩(wěn)定性)、工藝穩(wěn)定性、可加工性、耐溫性、減小滯后性(在循環(huán)使用中材料性能特征量在相同條件和環(huán)境下產(chǎn)生的偏差)、提高耐老化性、環(huán)境適應(yīng)性等〔18,19〕.(4) 將已經(jīng)具備某種特殊性能的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料進(jìn)一步功能化，亦即使一種材料具有多種功能.事實(shí)上，由于理論研究工作方面的困難，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的研究進(jìn)展也主要集中在應(yīng)用方面.

所有的導(dǎo)電高分子都屬于所謂的"共軛高分子"。共軛高分子最簡(jiǎn)單的例子是聚乙炔。它由長(zhǎng)鏈的碳分子以sp2鍵鏈結(jié)而成(見圖)。由于sp2鍵結(jié)的特性，使得每一個(gè)碳原子有一個(gè)價(jià)電子未配對(duì)，且在垂直于sp2面上形成未配對(duì)鍵。我們可以想像，相鄰原子的未配對(duì)鍵的電子云互相接觸，會(huì)使得未配對(duì)電子很容易沿著長(zhǎng)鏈移動(dòng)。然而，實(shí)際的情況較為復(fù)雜，未配對(duì)電子很容易和鄰居配對(duì)而形成"單鍵-雙鍵"交替出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)變稱為配對(duì)化(dimerization)，物理上稱為派若斯(Peirels)不穩(wěn)定性。塑料基本上是聚合物，就好象珍珠項(xiàng)鏈一般具有長(zhǎng)鏈而且以固定的單元不斷重復(fù)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)它要變得能導(dǎo)電時(shí)就必須能仿真金屬的行為，亦及電子必須能不受原子的束縛而能自由移動(dòng)，要達(dá)到此目的的第一個(gè)條件就是這個(gè)聚合物應(yīng)該具有交錯(cuò)的單鍵與雙鍵，亦稱為共軛的雙鍵，透過乙炔所聚合而得的聚乙炔,,不過，具有共軛雙鍵的長(zhǎng)鏈并不足以造成它的導(dǎo)電，要能導(dǎo)電必須對(duì)這種塑料動(dòng)點(diǎn)手腳，一則將部份電子移出，一則加入一些電子，這種過程稱為摻雜.導(dǎo)電聚合物除了具有高分子聚合物的一般的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)外還含有一價(jià)的對(duì)陰離子（P型摻雜）或?qū)﹃栯x子（N型摻雜）導(dǎo)電聚合物最引人注目的一個(gè)特點(diǎn)是其電導(dǎo)率可以在絕緣體—半導(dǎo)體—金屬態(tài)（10-9到105s/cm）較寬的范圍里變化。這是目前其他材料所無法比擬的除了最早的聚乙炔（PA）外，主要有聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚對(duì)苯乙烯(PPV)、聚苯胺(PANI)以及他們的衍生物其中聚苯胺結(jié)構(gòu)多樣、摻雜機(jī)制獨(dú)特、穩(wěn)定性高技術(shù)應(yīng)用前景廣泛，在目前的研究中備受重視其中聚乙炔的所能達(dá)到的電導(dǎo)率在已發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電聚合物中是最高的，達(dá)到了105S/cm量級(jí)，接近Pt和Fe的室溫電導(dǎo)率