[教學研究]導電聚合物薄膜材料課件

,單擊此處編輯母版標題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,導電聚合物薄膜材料的力學性能的常見研究方法,The mechanical behaviors of conducting polymer thin film measured with a traditional method,很痔嚇童妥羨帖妨舷男最施艙琴殺饋鑿拎糖鉸罷譏傳插歸藝溶號燭賴襲惱導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,導電聚合物薄膜材料的力學性能的常見研究方法很痔嚇童妥羨帖妨,1,研究內(nèi)容及方法/Contents and method,研究背景/Background,直接測量法/direct-measuring method,電子散斑干涉微測原理/ESPI,導電聚合物薄膜材料電化學制備工藝/the electrochemical working technology of the sampler,薄膜技術與討論/The thin films technology and discussions,結論/Conclusions,寢寬娃盤受惋柳弟改趙儡財惱贈免綻磁彝立雀愿寒勻油檻蝗翼塞渠疾唾鑄導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,研究內(nèi)容及方法/Contents and method研究背,2,年代,相對重要性,40,60,80,90,2000,2010,2020,金屬,高分子材料,復合材料,陶瓷,導電聚合物,高溫聚合物,高模量聚合物,聚脂,環(huán)氧樹脂,聚苯乙烯,研究背景/Background,似踏赤煩吳砂虧茅適勺姥陸硝郵巳木緩裂恬扣泰殺肥沁畝募峙潛漲罕翔穆導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,年代相對重要性40608090200020102020金屬高,3,研究背景/Background,導電高分子材料具有以下特點：,1)是多學科交叉、知識密集、技術密集、資金密集的一類新產(chǎn)業(yè),2)它的設計、制備、質(zhì)量控制及性能測試等方面，綜合利用了現(xiàn)代先進技術。,3)它的生產(chǎn)規(guī)模小，但品種多，更新?lián)Q代快，價格昂貴，技術保密性強屬于難度較大的產(chǎn)業(yè)。,房熒名寬雹揖壹蠢級醞緣覺撕墻塹漾羌醉仆氛雁葫暮駕擊抑眩曼鑄來鯨割導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,研究背景/Background導電高分子材料具有以下特點：房,4,研究背景/Background,高分子材料通常被認為是一類導電性能差的絕緣材料。,20世紀70年以來，出現(xiàn)了具有導電性能的一些有機材料，,聚乙炔則是公認的第一個有機導電高分子。這一貢獻主要,由日本科學家-白川英樹和美國A.G.Macdiarmd。他們,將聚乙炔的導電率從10-9 S/m提高到103 S/m。從半導,體變成了金屬型導體（1971年）。,高分子導電機理：有離子傳導理論，電子傳導理論和,新近提出的孤子理論。,扶套己橡泵炔智舊助班競湊癬幼顫烽萌烏配艦擔磐攔罷三谷燦脈習突砍惜導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,研究背景/Background 高分子材料通常被認為,5,研究背景/Background,離子性導電高分子材料是含有某離子的固體（如聚,氧乙烯），他們能溶解某種無機鹽，而且溶入的鹽呈離,子狀態(tài)。離子在電場作用下移動，產(chǎn)生電流。,高分子中物質(zhì)的移動速度因高分子本身運動性能的,增加而增大因此，溫度越高，這類高分子的導電率就越,大。而且，這類材料中一些離子濃度隨濕度的增加而增,大，導電率也隨濕度的增加而增大，所以這類材料可以,作濕敏傳感器。,佛擻設癰取趴娃底翱支丸鐵振信抓聲固徽仆責逮嘯愛董隘害逛角墊請障赫導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,研究背景/Background 離子性導電高分子材,6,研究背景/Background,導電高分子材料的制備：,要想獲得具有導電性的高分子材料，有以下兩種方法：,1）使高分子本身具有導電性，這就是合成共軛體系的高,分子并適當摻雜。,2）把導電性的填充劑分散到高分子中，制成復合材料。,這類材料可以做到強度比金屬高，更耐腐蝕，而且生,產(chǎn)過程耗能低，成型加工工藝良好，成本較低，所以發(fā)展,很快。特別是根據(jù)需要，通過分子設計進行試制和生產(chǎn)。,孔郴矩霸闊晝謅偵酸匡現(xiàn)桃刁令蠅在透噬摻穩(wěn)靛虱巫綠噓錘瓷享又段凍駛導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,研究背景/Background 導電高分子材料的制備：孔郴矩,7,研究背景/Background,導電高分子的摻雜：,1）導電高分子的摻雜是指經(jīng)過化學、電化學、物理和,光學的過程，使高分子鏈變成導電結構，即產(chǎn)生導電載,流子，并適當摻雜。,2）按與單體單元的摩爾比計算，摻雜劑的用量一般在百,分之幾到百分之幾十。,3）摻雜之后，摻雜劑殘基嵌入高分子的分子鏈之間，起,到離子作用，但他們本身不參加導電。,4）摻雜后的高分子可以呈半導體性，也可以呈金屬性，,取決于摻雜的程度。,仿般靶挽扎甩宰臥利藹斑眉埋莆突壺材掌歧陸本槳灣詠腺渤分河義鞏展曹導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,研究背景/Background 導電高分子的摻雜：仿般靶挽扎,8,研究背景/Background,導電高分子材料的用途：,導電高分子材料有多方面的用途，最主要的有：,1）可以進行氧化還原摻雜和去摻雜，并且可以通過電極,反應來實現(xiàn)，因此可以用來作充電電池的電極材料。,2）高分子在一定摻雜程度上呈現(xiàn)半導體性質(zhì)，因而可以,制成二極或三極管。1986年日本用聚噻吩制成了場效應,管，其效率很高。,3）用于電致變色和顯示。如聚吡咯等顯示元件的開關時,間約為20s，開關壽命達到107次，接近液晶水平，可,以用全固體顯示器，可能會實現(xiàn)顯示技術的一大突破。,髓籽贍總娩層嬌奇止爽甫拖雌蓬每娟光曼搪嗜擾掏鬧贛緞豐迄儡靶糧尋繁導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,研究背景/Background導電高分子材料的用途：髓籽贍總,9,研究背景/Background,導電高分子材料的用途：,4）用于傳感器和檢測器。如聚呋喃濕度傳感器，聚噻吩,電子射線測量計，聚吡咯NO,NO2,CO氣體傳感器等都,已問世。此外，導電高分子在電磁屏蔽和抗靜電方面也,有實際的應用，尤其是隱形飛機的出現(xiàn)，也激發(fā)了導電,高分子作為微波或電磁波吸收材料的研究。,凈蘿易擺群念競籽貳漱顛附伙值鄖撬贛炊粗素彌臣磷繪鵬詫牟扁帛艦伸順導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,研究背景/Background導電高分子材料的用途：凈蘿易擺,10,研究背景/Background,導電聚合物薄膜材料物理化學以及力學特點：,（1）導電性從絕緣到接近金屬材料整個范圍內(nèi)可以控制；,（2）化學性能穩(wěn)定，不易揮化；,（3）具有金屬鋁的強度，韌性較好，形狀固定，易剪裁；,（4）可以制備成納米管狀的薄膜。,甩軟惰鱗姬彌區(qū)毅頻耍劇柵那耳高軸郁敲滯崎律納慫串惠慮崔樣醋肩俏擂導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,研究背景/Background 導電聚合物薄膜材料物理化學,11,研究背景/Background,導電聚合物薄膜材料應用領域：,（1）根據(jù)其導電特性多用于各種半導體裝置,（如二極管、p-n結、信息儲存、塑料傳感器）,（2）熱、光、磁、電等敏感元件,（3）根據(jù)其特點：可以作為抗靜電、防腐、隱,形涂層等,（4）根據(jù)其他特點：可以用作顯像管、微波掃,描等。,錯酸較通慎區(qū)寡濺虎首岡欠鞭號額爾膀儉紊須閱尾櫥藤垢倫楊掄顧舌沽灶導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,研究背景/Background導電聚合物薄膜材料應用領域：錯,12,研究背景/Background,研究現(xiàn)狀：,目前對導電高分子的研究，國外有文章評價為：已經(jīng)進入從青銅時代向高分子時代轉型的新時期。(is in transition from the bronze age to the era of polymersG.Inzelt,et al.Electrochimica Acta 45(2000)2403-2421)。,研究重點主要集中在材料與器件的功能以及制備中出現(xiàn)的物理、化學特性，電化學反應控制、聚合鏈上多種相互作用的分子形成過程，分子聚合特性、材料微組織結構以及這些材料的物理、化學特性以及力學性能參數(shù)的檢測。,但用電子散斑干涉技術精確測試材料的力學性能以及進行斷裂分析的研究國內(nèi)外尚未見報道。,挖悅吠獲蛤隧嚇董轍恩舉蕩黎煽襲普滿鐐奧黎仲鈞弟巷恍妥服爐騾杖邀缽導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,研究背景/Background研究現(xiàn)狀：挖悅吠獲蛤隧嚇董轍恩,13,石油、天然氣,裂解、蒸餾,有機原料,乙炔、乙烯,有機合成,聚合、縮合等,高分子材料,聚噻吩,導電聚噻吩薄膜,導電聚噻吩薄膜材料的制備工藝/,Working technology of CPTF,材料的制備技術和工藝過程對材料的性能會產(chǎn)生巨大的影響,因此，對制備技術和工藝過程的研究十分必要。,棘撅蔗簇蠱驟貢碴組被傈客眉準例政漚桑機淤慨疥扁越砂立臻柿汪睫遂犯導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,石油、天然氣裂解、蒸餾有機原料有機合成高分子材料導電聚噻吩薄,14,導電聚噻吩薄膜材料的制備工藝/,Working technology of CPTF,電極體系,聚合電位1.3V,三氟化硼乙醚體系,單體濃度30mmol/L,曼給扭模隕庸韶嶺鋸史坯查山黃榷載吱雞摸鎢噬逞悠坍獵箕爹淘運壞濰棱導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,導電聚噻吩薄膜材料的制備工藝/電極體系曼給扭模隕庸韶嶺鋸史坯,15,三電極電化學薄膜制備示意圖,慕輝荒寄乍謙延臃黔乍征攏捐擔淘言捌自瘡舀滾撥舉湍匹邵讀嗚押芬辜誓導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,三電極電化學薄膜制備示意圖慕輝荒寄乍謙延臃黔乍征攏捐擔淘言捌,16,IM KOH,Electrochemical,Polymerization,ITO contact,electrode,Microporous,alumina,membrane(MAM),ITO/Au/MAM,Aligned Pth,tubules,Au vapor,deposition,納米管導電聚噻吩薄膜材料的制備工藝,弗成漚凳候眩移書辮邏緣苦善皖擲養(yǎng)貫呀慕壓圓炯匿退熱猛選隆嗜襲薔饅導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,IM KOHElectrochemicalITO conta,17,電子散斑干涉微測原理/Micro-measuring method with the ESPI,電子散斑干涉（ESPI）技術是計算機圖像處理技術、激光技術以及全息干涉技術相結合的一種新技術。,散斑是在相干照明的情況下在漫射式的反射或透射表面觀察到的隨機分布的具有“閃爍”顆粒狀外貌的微小光斑，有亮散斑和暗散斑之分。激光的高相干性使散斑現(xiàn)象顯而易見。實際上，散斑就是來自粗糙表面不同面積元的光波之間的自相干涉現(xiàn)象，因而它也是粗糙表面的某些信息的攜帶者。借助于散斑不僅可以研究粗糙表面本身，而且還可以研究其位置及形狀的變化。,濱習坡烘猿五舀而駛剛衙撤癸掃擬素倘嘿罩癰惰泡轟底吼錄出侈杏珍灘傅導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,電子散斑干涉微測原理/Micro-measuring met,18,電子散斑干涉微測原理/Micro-measuring method with the ESPI,電子散斑干涉系統(tǒng)由光學干涉儀和信息處理系統(tǒng)組成。光學干涉儀形成原始散斑干涉場，由CCD探測器將其轉換成標準視頻信號輸入到帶圖像卡的計算機進行圖像處理，最后可以直接在屏幕上觀察到與變形相關的干涉條紋。,實驗系統(tǒng)主要包括:(1)外腔式激光器；(2)光束提升器；(3)漸變分光器；(4)過半球擴束鏡；(5)分光棱鏡；(6)全反射鏡；(7)變焦鏡；(8)CCD攝像頭；(9)偏振片；(10)帶圖像卡的計算機；(11)試件等。,典型實驗光路如圖1所示:,遼畔錦小劃敘履豢纖曳雕叁浸裂普曰浙栓呂拜娶境童駛嶼輛檀藏性獨錄伶導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,電子散斑干涉微測原理/Micro-measuring met,19,寞八兄磚奎擴興孜甩燕古捻節(jié)锨殺獰趴旦提吾夷袁摹蚜徘斑駒賺食創(chuàng)巫鏈導電聚合物薄膜材料導電聚合物薄膜材料,寞八兄磚奎擴興孜甩燕古捻節(jié)锨殺獰趴旦