第九節納米導電聚合物

一、導電聚合物的發展及應用前景

1977年A.J.Heeger、A.G.MacDiarmid和白川英樹(H.Shirakawa)發現，聚乙炔薄膜經電子受體(IAsF6)摻雜后電導率增加了9個數量級,由10-6S/cm增加到103S/cm(他們共同獲得了2000年諾貝爾化學獎)。這一發現打破了有機聚合物都是絕緣體的傳統觀念，開創了導電聚合物的研究領域，誘發了世界范圍內導電聚合物的研究熱潮。大量的研究表明，各種共軛聚合物經摻雜后都能變為具有不同導電性能的導電聚合物，具有代表性的共軛聚合物有聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等。

導電聚合物的突出優點是既具有金屬和無機半導體的電學和光學特性，又具有有機聚合物柔韌的機械性能和可加工性，還具有電化學氧化還原活性。這些特點決定了導電聚合物材料將在未來的有機光電子器件和電化學器件的開發和發展中發揮重要作用。

1、納米復合膜

含有可離子化側基（如一COOH，一SO3H等）的導電聚合物極易與聚陽離子化合物自組裝成聚電解質的納米復合膜，如聚（3一醋酸噻吩）（PTAA－PAH）和碳化聚苯胺（SPAn-PAH）等都是具有一定電活性的有機薄膜。與上述帶可離子化側基的導電高聚物衍生物不同，聚吡咯、聚苯胺等共軛高分子經p-型摻雜后，高分子鏈中產生離域化的正電荷載流子，可與聚陰離子化合物自組裝成具有較高環境穩定性、導電性的納米復合膜。利用SA(分子自組裝膜)法，通過控制浸漬時間及改變溶液的化學成分，極易獲得不同厚度、不同電導率的功能性聚合物納米復合膜，為導電聚合物的實用化創造了良好條件。2、導電聚合物納米纖維（管）

納米碳管是最細的‘分子導線”以及最小的“試管”和“納米線圈”。事實上，導電聚合物本身在理論上就是分子導線。但用常規的化學合成方法得到的是沒有力學強度的導電高分子聚集體，因此合成具有良好力學性的納米尺度的導電聚合物微管或纖維，有著十分誘人的應用前景。Zhihua等最早以亞微米的介孔膜為模板，合成了直徑僅為幾百納米的取向聚吡咯和聚（3-甲基噻吩）納米導電纖維。一般地，導電纖維的電導率隨著直徑的增加而逐漸下降，因此，直徑為30nm的取向導電纖維較常規合成的導電高分子的電導率10-100S?cm-1，高出1個數量級。3．導電聚合物納米粒子

直接合成導電聚合物膠體粒子是獲得導電高分子均一溶液的有效途徑之一，Armess等人利用空間位阻穩定化機理制得了粒徑約為120nm的聚苯胺顆粒；ChanHSO等人在（W－O）乳化液中聚合聚苯胺超微顆粒（直徑10~30nm）后，進而用電沉積法制成導電率可達8.5s·cm-1的聚苯胺膜；宋根萍等選擇SDBS-An-H2O三組分O-W微乳液與苯胺單體共存的兩相體系進行苯胺聚合(微乳法是合成納米材料常用的方法)，獲得了直徑僅為3nm，分散均勻且有較好導電性的PAn超細顆粒。以上方法得到的納米級聚苯胺微粒，可作為納米導電材料。(1)模板法所謂模板法，是以某些特殊形貌的材料(多孔材料、納米纖維、膠體顆粒等)作為反應或加工的模板，合成或制備具有相對應形貌的目標材料的方法。多孔聚碳酸酯(Polycarbonate)和氧化鋁(Anodicaluminumoxide，AAO)模板可以制備導電聚吡咯、聚苯胺和聚三甲基噻吩等納米線和納米管。利用聚(L-丙交酯)(poly(L-lactide)，PLA)和聚(四亞甲基己二酰二胺)(poly(tetramethyleneadipamide)，PA)等納米纖維制備高分子、金屬及其他材料的微米／納米管。以碳納米管(Carbonnanotubes，CNTs)或碳納米管陣列為模板，可以得到導電聚合物包覆的碳納米管。以球形的膠體微粒作為模板可得到導電聚合物空心微球。模板法制備的聚合物納米管

利用模板法制備的導電聚合物納米線和納米管的尺寸可控性好，應用范圍較廣，并且容易實現納米結構的有序排列。但是，模板的使用，使得制備過程變得相對繁瑣和復雜。一方面，模板的本身制備過程比較復雜；另一方面，模板的去除不僅增加反應步驟，也會對產物形貌造成破壞。無模板法制備的納米管和空心微米球(3)靜電紡織技術

電紡絲技術可用于聚合物納米纖維的制備。靜電紡絲法制備聚合物納米纖維具有設備簡單、使用廣泛、成本低廉、操作容易以及高效等優點，因此它被認為是制備大量聚合物連續納米纖維最有效的方法，近幾年來越來越引起人們的重視。靜電紡織裝置示意圖

近年來，人們通過改變紡絲條件來制備有序排列的納米纖維例如，利用滾筒、圓盤等設備來代替接收屏，可以得到有序度非常高的納米纖維。靜電紡絲技術是制備納米材料的一種非常有效可行的方法，已成功制成多種復合、陶瓷納米纖維，得到世界各地科學家們的廣泛重視。到目前為止約有上百種聚合物纖維被電紡絲技術制