导电高分子复合材料综述

导电高分子复合材料综述

摘要：随着社会的发展，科学技术的进行，人们各种材料的要求在不断的提高，在这种情况下，就研究出了高分子复合材料，为社会的发展提供了重要的帮助。而导电高分子复合材料就是这项研究中的一项重要的内容，而在导电高分子复合材料出现的早期，通常将其作为良好的电绝缘体，直到20世纪80年代才真正的在电力系统中使用导电高分子复合材料。本文就对导电高分子复合材料进行了介绍，将其基本的导电理论以及特殊的效应理论进行了阐述，然后重点讨论了当前阶段中的应用以及研究进展，以使人们对其更好的了解。

关键词：导电高分子复合材料；导电性；应用

导电高分子材料就是在高分子材料的基础上，根据使用的要求，加入了相应的导电体，经过多重技术的处理之后，使其具有了较高的导电能力。而由于这种材料在制造的过程中，使用对材料的要求不高，使用的技术加工手段简单，使用的生产成本较低，导电性能较好等原因，受到了社会各界的广泛重视。因此，为了使导电高分子复合材料在当前阶段中更好的应用，在当前的科学研究中，加强对其进行研究成为了必然趋势。

1导电高分子复合材料的导电理论

1.1 统计渗滤模型

在高分子复合材料的导电理论中，首先就是统计渗滤模型，这一模型通常是几何模型为基础上建立的，就是将复合材料中基本物质使用一定技术将其抽象化，使其存在一定形状的分散体系，然后根据一定的机理要求，将其进行重新的排列，使其重新组合成一个整体，使高分子材料中的基本物质成为了连续相，而加入的导电体材料根据其功能的不同，有些成为了连续相，有些成为了分散相，这些有效的分散相以及连续相，就在导电高分子复合材料中构造出了导电通道。在这一模型的基础上，对导电高分子复合材料的电阻率与导电体进行深层次的分析，在两者之间建立相应的联系。最具有代表性的就是在建立统计渗滤模型时，根据不同的需求，将基本物质抽象为形状、大小不同的球型、规则的多面体等，同时将导电体抽象成连续性的珠串等[1]。这种模型有效的将高分子材料的导电理论进行了阐述，但是其也具有一定的缺点，就是其只能使用在较为简单的复合材料中，

复合材料中只能有一种基本物质以及导电体材料，对于具有多种基本物质或者导电体材料的复合材料时，虽然也能建立相应的模型，但得到的理论与实际之间会存在较大的差异。

1.2 热力学模型

随着统计渗滤模型的使用，人们逐渐的发现其有一些缺点，例如在构建模型时，往往忽略了基本物质与导电体之间的作用关系，使得到的结果具有一定的偏差，不满足当前社会发展的需求，在这种情况下，就研究出了热力学模型来对导电高分子复合材料导电理论进行了阐述，使结果得到了很大的改进。这一理论是以热力学原理的基础上建立的，在这项理论中，认为构建导电通道的过程中，导电体处于临界状态的体积与模型中多余的自由能具有一定的联系，当模型中多余的自由能达到一定的程度后，就会在模型的内部自动的构建出导电通道。并且，高分子材料中基本物质的熔融粘度较大，更好的阻止了平衡相的分离；导电体粒子的直径较小，更好的帮助平衡相分离。使用这种模型来对导电高分子复合材料进行阐述与实际更加接近[2]。

2 导电高分子复合材料的特殊效应理论

导电高分子材料的性能往往不是一成不变的，在特定的环境中，其性能也会逐渐的在变化着。例如一些导电高分子复合材料在拉力或压力的作用下，就会出现一些特别的效应，例如压敏效应、拉敏效应等，可以根据这些特殊的效应来对地导电高分子复合材料进行阐述。

在压敏、拉敏效应理论中，可以利用通道理论对其进行阐述。在不同的高分子材料，所中具有的临界范围不同，在压敏的情况下，材料中的导电体相对就不是很多，使得导电体的分布不是很好，无法直接构造出导电通道，如果在这时向复合材料施压，压力不是很高时，没有达到材料的最大临界值，复合材料仍然具有高阻态；当所施加的压力过高时，超过了最大临界值，就会使复合材料发生一定的形变，使其内部构建出了导电通道，从而使其具有了导电性。在拉敏的情况下，材料含有大量的导电体，其内部具有一定的导电通道，这时在对其使用拉力时，当垃圾过大，超过最大临界值时，复合材料就会发生形变，致使其全本具有的导电通道遭受了损坏，从而使复合材料不在具有导电性[3]。

3 导电高分子复合材料的合成

在导电高分子材料中，作为一种最有可能在实际中得到应用的导电聚合物材料，聚苯胺(PAn)具有单体廉价易得、聚合方法简单等优点。导电态的聚苯胺有优异的电化学性能、良好的化学稳定性及较高的电导率。常温下，聚苯胺是典型的半导体材料，其电导率为10－10S/cm，经掺杂以后，聚苯胺电导率可达到5S/cm,电导率可在10－10S/cm～100S/cm之间调节。它的颜色能随着电极电位和溶液的pH值的变化而变化，具有良好的电化学反应活性，是新型的电极活性材料，成为目前导电高分子材料研究中的热点。

3.1氧化聚合

化学氧化法合成聚苯胺是在适当的条件下用氧化剂使苯胺发生氧化聚合。这是在制作电容器时应用比较广泛的一种方法。苯胺的化学氧化聚合通常是在苯胺/氧化剂/酸/水体系中进行的。大致的方法是在玻璃容器中将苯胺和酸按一定的比例混合均匀后，用冰水浴将体系温度降低至0℃～25℃，在搅拌下滴加氧化剂，3分钟内滴加完毕。体系颜色由浅变深，继续搅拌90分钟，然后过滤，洗涤至滤液无色，得到墨绿色的聚苯胺粉末。

比较常用的氧化剂有过硫酸铵((NH4)2S2O8)、重铬酸钾(K2Cr2O7)、过氧化氢(H2O2)和碘酸钾(KIO3)等。过硫酸铵由于不含金属离子、氧化能力强，所以应用较广。最近报道的应用二氧化锰(因为二氧化锰的来源广，价格低廉、无毒，安全性高，制造方便)作为氧化剂，用盐酸作介质，采用化学氧化法成功地合成了导电聚苯胺。同时，得到的聚苯胺的结构和电导率与过硫酸铵(APS)作为氧化剂时相似。

3.2乳液聚合

采用乳液聚合法制备PAn较溶液聚合法有如下优点：用无环境污染且低成本的水作为热载体，产物不需沉淀分离以除去溶剂；若采用大分子有机磺酸充当表面活性剂，则可进一步完成质子酸的掺杂以提高PAn的导电性；通过将PAn制备成可直接使用的乳液状，就可在后面的加工过程中避免再使用一些昂贵的溶剂。这种方法不但可以简化工艺、降低成本，还可以有效地改善PAn的可加工性。因此，乳液聚合法成为该领域的一大研究热点。

大致方法是在反应器中加入苯胺与DBSA，混合均匀，依次加入水、二甲苯，充分搅拌，得到透明乳液，然后向乳液中滴加过硫酸铵水溶液，2分钟内滴加完

毕，体系的颜色很快变深，体系温度保持在0℃～20℃,继续搅拌60分钟，然后加丙酮破乳，过滤，依次加水，DBSA洗涤至滤液无色，在40℃下真空干燥后得到DBSA掺杂的聚苯胺粉末。

这种方法的合成步骤简单，制备出的聚苯胺具有较高的分子量和溶解性。虽然用这种方法制备电容器电解质的并不多，但是，它较氧化聚合法，溶解性得到了提高，是很有应用前景的一种方法。用这种方法得到的PAn粉末可以较好地溶于CHCl3中。微乳液聚合又较乳液聚合有了进一步的提高。用微乳液法制得的聚苯胺的电导率达9.1S/cm。与传统乳液聚合法相比，微乳液聚合法可大大缩短聚合时间，所得产物的电导率优于采用传统乳液聚合法合成的聚苯胺。

4 导电高分子复合材料的应用

导电高分子的原材料一般为聚合物或者具有导电效果较强的填充物，随着科学技术的不断发展，目前已经成功研制出了具有良好导电性的高分子复合材料，且随着高分子复合材料的广泛应用，也增加了抗静电、电磁波屏蔽等功能，使得导电高分子材料获得了巨大的技术突破，目前，根据导电高分子材料的性能不同，可以将其分为半导体材料、高导电体材料、热敏导体材料等，其材料成分不仅有金属材料，如铜、铝等，同时也含有碳系聚合物，大大增加了导电高分子复合材料的稳定性，同时降低了制作成本。另外，由于导电高分子复合材料的优点，使得基于传统的工作方式有了极大程度的改善，如在开关元件生产过程，传统的导电材料的在开关中虽然能够保证电流的有效传输，但是金属材质会产生无用功率，同时导体过热还会引发安全事故，因此，在开关元件的生产中应用高分子复合材料，能够有效的保护用电安全，同时，利用高分子复合材料的热效应，能够制作出热敏传感器，提高能源的利用率，另外，导电高分子复合材料也在航电器的制作、煤电系统、建筑施工中有着广泛的应用[4]。

4.1 导电高分子材料广泛的应用在医学领域

在医疗器械的研发中，具备良好导电性能的高分子材料获得了青睐。从目前医疗器械的发展来看，导电高分子在医学领域的应用助推了医疗器械的发展。

在生物工程中，特别是医学领域中，需要特殊的导电材料作为手术或者患者康复的配件。导电高分子材料的出现，既解决了导电问题，同时也提供了新的材料可供医学选择。从目前医学的发展来看，导电高分子已经在医学中得到了重要应用，

不但在医疗器械上得到了重要应用，同时在手术过程中，以及患者体内埋置的康复器械中也有重要的应用。例如心脏起搏器等都是由导电高分子材料构成。

4.2 导电高分子材料在雷达探测领域得到了重要应用

在雷达探测领域，材料的应用是关键。导电高分子材料的研发成功，对提高雷达领域材料发展和满足雷达探测功能需要具有重要作用。因此，导电高分子材料在雷达探测中得到了重要应用。

随着我国高新材料的不断发展，以及火箭和飞机等飞行器研发的需要，在隐身材料发展中，雷达吸波材料的研制成为了重点。由于导电高分子材料可以在其中添加多种聚合物，使得导电高分子材料能够具有其他材料所不具备的特点，并能够实现良好的雷达吸波。因此，导电聚合物高分子材料成为了雷达吸波材料的主要应用领域，对提高导电高分子应用范围和应用效果具有重要作用。

4.3 导电高分子材料在液晶材料的研发中得到了重要应用

目前高点高分子材料由于可以融合多种材料，并且能够与液晶材料进行有效融合，既可以降低液晶材料研发成本，同时也可以提高液晶材料的整体性能。正是基于这一优点，导电高分子材料以其在液晶方面的独特优势，在液晶材料的研发中得到了重要应用。由于液体离子已经成为了导电高分子材料的重要一种，在具体的应用中，具有好的导电率和导电效果，对提高导电高分子材料的应用范围和应用效果具有重要作用。结合当前导电高分子材料的研发及使用经验，导电高分子中的液晶材料对扩展导电高分子使用范围具有重要作用。

5 导电高分子复合材料的发展趋势

由于高分子复合材料具有非常良好的应用前景，因此，我国重视并鼓励高分子复合材料研究的创新和发展，但是高分子复合材料具有较强的不稳定性，其性能容易受到制作工艺、制作环境等外在因素的影响，近年来，先进的导电理论指出寻研制能与复合材料稳定结合的导点模型是未来高分子复合材料的研究发展方向。随着科学技术的不断发展，目前已经得出复合体系的构建是建立导线模型的前提要素，利用拓扑学方法能够有效的对复合材料的参数进行测量，同时能够有效的观测出不同添加剂对导电高分子复合材料的影响。由于高分子复合材料必须具有实用性，因此，导电高分子复合材料的研究上也偏向于增加其稳定性、轻便型、降低制作工艺与成本，同时使导电高分子复合材料能够适应不同的温度及

湿度，扩大导电高分子复合材料的应用范围，尽管在理论研究上存在诸多的困难，但是在应用方面已经取得了巨大的突破[5]。

6 总结

综上所述，在现阶段的发展中，导电高分子复合材料占据重要的作用，有效的对其进行使用，可以更好地促进社会的发展。并且随着不断对其进行研究，相关的理论知识已经得到了一定的发展，处在了一个瓶颈阶段，很难在使其继续发展。因此，基于高分子材料的优势特点，我们只有立足导电高分子材料的发展实际，认真分析导电高分子材料的种类及特点，并深入探讨导电高分子材料的实际特点，还要对其应用范围和发展趋势进行探讨，为导电材料的应用提出新的发展设想。

参考文献

[1]陆昶，胡小宁，赫玉欣等.特殊形态结构导电高分子复合材料的电学性能[J].材料研究学报，2012，07（01）：37.

[2]屈莹莹，赵帅国，代坤等.各向异性导电高分子复合材料的研究进展[J].塑料工业，2012，06（05）：22.

[3]徐晓英，王世安，王辉.复合导电高分子材料微观网络结构及导电行为仿真分析[J].高电压技术，2012，10（09）：2221.

[4]许向彬.通过微观形态控制降低导电高分子复合材料逾渗值的研究进展[J].高分子通报，2009，09（07）：36.

[5]董奇志，朱俐英，余刚等.聚乳酸导电高分子复合材料的研究进展[J].材料导报，2013，03（21）：66.