高聚物的导电性
高聚物的导电性
(1)高聚物的导电机理
高聚物主要存在两种导电机理:
① 一般高聚物主要是离子电导。有强极性原子或基团的高聚物在电场下产生本征解离,可产生导电离子。非极性高聚物本应不导电,理论比体积电阻为1025Ω.cm,但实际上要大许多数量级,原因是杂质(未反应的单体、残留催化剂、助剂以及水分)离解带来的。
② 聚合物导体、半导体主要是电子电导。
(2)导电性的表征
对聚合物加一个直流电源时,通过的电流为表面电流和体积电流之和:
相应地电阻也可以分为体积电阻
和表面电阻
为了比较不同材料的导电性,通常用电阻率表示。
体积电阻率(又称比体积电阻)
(Ω.cm)
表面电阻率(又称比表面电阻)
式中:s ,
,
,
(Ω) 分别为试样的面积、厚度、电极的长度和电极间的距离。
将材料分电阻率(未特别注明时指体积电阻率)是材料最重要的电学性质之一。按
为导体、半导体和绝缘体三类。
导体 0~103Ω.cm
半导体 103~108Ω.cm
绝缘体 108~1018Ω.cm以上
有时也用电导率表示,电导率是电阻率的倒数。
测定电阻率的方法是一个三电极装置(10-1),改变连接方式就可以测
或
。
图10-1三电极装置示意图(阴影部分为电极,
为环形电极的周长)
(3)影响导电性的因素
① 极性聚合物的导电性远大于非极性聚合物。
② 共轭体系越完整,导电性越好。
③ 结晶度增大使电子电导增加,但离子电导减少。
④ “杂质”含量越大,导电性越好。
⑤ 温度升高,电阻率急剧下降,导电性增加,利用这点可以测定
~1/T曲线有突变。
(4)导电性高分子
导电性高分子可分为以下三类。
① 结构型:聚合物自身具有长的共轭大 键结构,如聚乙炔、聚苯乙炔、聚酞菁铜等,通过“掺杂”可以提高导电率6~7个数量级,一个典型例子是用AsF 3掺杂聚乙炔。 ,因为
时
② 电荷转移复合物:由电子给体分子和电子受体分子组成的复合物,目前研究较多的是高分子给体与小分子受体的复合物,如聚2-乙烯吡啶或聚乙烯基咔唑作为高分子电子给体。
碘作为电子受体,可做成高效率的固体电池。
③ 添加型:在树脂中添加导电的金属(粉或纤维)或炭粒等组成。其导电机理是导电性粒子相互接触形成连续相而导电,因而金属粉的含量要超过50%。
(5)电击穿
在强电场下,聚合物从介电状态变为导电状态,称为电击穿。击穿强度(又称介电强度)定义为击穿时电极间的平均电位梯度,即击穿电压U b 和样品厚度h 之比。
E b =U b /h
E b 表征材料所能承受的最大电场强度,是高聚物绝缘材料的一项重要指标。聚合物绝缘材料的E b 一般为107V/cm左右。
介电击穿机理可分为本征击穿(电击穿)、热击穿、化学击穿、放电击穿等,往往是多种机理综合发生。