让塑料也导电

美国加利福尼亚大学圣·巴巴拉分校的艾伦·黑格（Ａｌａｎ　Ｈｅｅｇｅｒ）、宾夕法尼亚大学的艾伦·马克迪尔米德（Ａｌａｎ ＭａｃＤｉａｒｍｉｄ）和日本筑波大学的白川英树（见图）由于发现了塑料也可以导电，而分享了今年的诺贝尔化学奖──这一发现具有重大的应用价值。目前导电塑料已经广泛地应用于许多工业领域，如移动电话的彩色显示装置、抗电磁辐射的计算机视保屏等。将来，人们还可以利用此项发现来制造用单分子组成的计算机器件和廉价的大面积太阳能电池。 发现导电塑料，最初是一件非常偶然的事情。７０年代初，白川英树的一…     

聚苯胺导电复合物的二次掺杂现象

在导电聚合物中,掺杂概念的进一步发展是基于以下的事实:樟脑磺酸(CSA)掺杂的聚苯胺(PAn)用间甲酚做溶剂比用氯仿所得膜的电导率高10~3倍,并观察到聚苯胺的首次金属行为,在178K至室温电导率随温度的升高而下降,σ_(178K)/σ_(RT)=1.1.Heeger和MacDiarmid两研究小组最近的研究表明:间甲酚可使PAn-CSA卷曲的分子链展开,并使单极化子从定域转变为离城.PAn-CSA氯仿溶液所得膜用间甲酚气氛或涂间甲酚的方法同样可改善其导电性.MacDiarmid命名此现象为2次掺杂,以区别于原掺杂的概念,其主要特征是2次掺杂过程对导电高分子主链的排列和构象产生影响,而不是以掺杂剂的存在作为提高导电性的必要条件.但至今未见对导电复合物的2次掺杂现象的进一步研究.本文成功地用现场乳液聚合方法制得导电态聚苯胺与氯磺化聚乙烯(CSPE)复合物的基础上,研究2次掺杂对其导电     

导电塑料的发现和发展—从2000年诺贝尔化学奖谈起

２０００年１０月１０日,瑞典皇家科学院宣布２０００年诺贝尔化学奖授予美国加利福尼亚大学的物理学家艾伦小黑格（ Ａｌａｎ　Ｊ．Ｈｅｅｇｅｒ）教授、美国宾夕法尼亚大学的化学家艾伦·Ｇ·马克迪尔米德（Ａｌａｎ　Ｇ．Ｍａｃ－Ｄｉａｍｉｄ）教授和日本筑波大学的化学家白川英树（Ｈｉｄｅｋｉ　Ｓｈｉｒａｋａｗａ）教授,以表彰他们对导电塑料的发现所做出的杰出贡献。 塑料长期来一直被认为是不导电的绝缘体。电线通常就是用塑料作外套,来防止短路和漏电。黑格、马克迪尔米德和白川的工作改变了我们对塑料的看法。事实上,在某种…     

导电高分子生物材料在组织工程中的应用

导电高分子材料在具有良好生物相容性的同时,其优异的导电性还可以通过电刺激促进聚合物-组织界面处的细胞黏附、增殖和分化,从而促进组织生长,所以导电聚合物材料在组织工程领域受到了越来越多的重视.单组分导电高分子,如聚苯胺(PANi)、聚吡咯(PPy)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)及其衍生物,具有良好的生物相容性和优异的导电性,但其较脆且不易加工,限制了其在组织工程领域中的应用.因此,研究开发了基于上述导电高分子和生物相容性可降解聚合物的复合导电聚合物材料,其在具有良好生物相容性和导电性的同时,还具有优异的加工性.本文将总结在组织工程中应用的多种复合导电聚合物材料,包括导电聚合物薄膜、导电纳米纤维、导电水凝胶和导电复合3D支架.此外,组织工程领域的研究表明复合导电高分子材料主要可应用于骨组织工程、肌肉组织工程、神经组织工程、心脏组织工程和皮肤伤口愈合等方面,我们也将对以上方面的应用进行详细论述.     

塑料导体

导电聚合物(塑料)业已接近技术突破的边缘。现已制成两种导电聚合物聚乙炔(PAC)和聚吡咯(PPY)的复合物。这种复合物克服了单种聚合物固有的缺点。 PAC具有塑料的全部机械性能的优点,加之有高的多孔性、大的表面积(作为电极材料这是极好的)。但它在空气和水中经常不稳定,并易于失去其导电性。这就严重地限制了它在轻型电池中的应用。另一方面,PPY则十分稳定,并能保持其导电性,但它的机械性能差而且很脆。美国IBM实验室制成的PPY和PAC的复合物克服了PPY的缺点。其方法是在铂电极上涂复PAC膜,将它作为电解液中含有吡咯的电化学电池的部件。吡咯溶液的电聚合导致在PAC涂层内生长PPY     

基于碳纳米材料的柔性透明导电薄膜研究进展

随着电子器件的便携化发展,柔性电子器件越来越引起人们的关注.透明导电薄膜同时具有良好的导电性和光学透过性,已作为电极被广泛应用于光电功能器件领域.然而,目前普遍使用的透明导电材料氧化铟锡(ITO)由于含有储量有限的铟元素而存在成本高的问题,并且由于氧化物本身的脆性,其所制薄膜的柔性也不理想,并不能完全满足目前柔性电子器件的发展要求.因而,对于可替代ITO的其他廉价、可大量制备、具有优异性能的柔性透明导电薄膜的研究近年来受到研究者的广泛关注.碳纳米材料因同时具备高的电子传输率、透光率以及良好的机械柔性可以满足目前柔性电子器件的应用需求,此外,碳纳米材料更具备来源广泛、制备方式灵活多样等特有优势,可以降低材料和生产成本,因而更具有实用价值.本文简要综述了近几年基于碳纳米材料(以碳纳米管和石墨烯为主)的柔性透明导电膜的研究工作,结合材料制备和性能调控以及薄膜制备(特别是连续化制备)的方法,阐述了该领域最近的研究成果及应用,最后简要讨论了基于碳纳米材料的柔性透明导电薄膜目前存在的问题及可能的发展方向.     

说说导电性塑料

去年,日本筑波大学名誉教授白川英树教授(64岁)获得了诺贝尔化学奖,他是第二个获得诺贝尔化学奖的日本人,获奖理由是他"发现并开发出了导电性塑料",他使被认为是绝缘体的塑料具有了像金属那样的导电性,因此赢得了好评.     

基于AFM针尖电化学刻蚀的金纳米电极制备

利用导电原子力显微镜针尖, 对组装在单晶硅上的有序长链硅烷(OTS)单分子膜进行微区电化学氧化, 非破坏地改变其表面甲基为羧基, 形成线宽、间距在纳米量级且可控的梳状结构模板. 然后通过镉离子吸附, 与硫化氢(H₂S)气体反应, 生成硫化镉(CdS)线, 继续与氯金酸(HAuCl₄)反应, 形成金纳米结构. 通过导电原子力显微镜测试, 发现其具有较好的导电性, 可以作为纳米电极.     

导电塑料

不久前,科学家们在塑料的基础上研制成一种新材料。它的薄膜呈银色,外形很象金属,但也象日常生活中包装食品的一般聚合物薄膜一样,具有良好的柔性、弹性和相当的粘性。聚乙烯中掺加某种物质后就与一般的聚乙烯不同,具有良好的导电性。在不远的将来,电子工业便能获得价廉的导体来制造各种装置——从太阳能电池到避雷针。按照科学家的说法,制造导电塑料是现代物理学的一个极其重要的研究方向。     

用于电化学执行器的非金属电极材料研究进展

电化学执行器能够有效地将电能或化学能转化为机械能,在人造肌肉、仿生机器人和小型化医疗设备等领域中具有极大的应用前景.电化学执行器的组成包括电极层和电解质层,其中电极层主要决定执行器驱动性能和电化学性能.传统电化学执行器的电极材料主要由导电性好、驱动应力大的金属材料构成.然而,金属电极存在柔性低、循环稳定性差等问题,使得越来越多的研究人员开始关注非金属电极材料.本文重点介绍了用于电化学执行器的非金属电极材料的最新研究进展,首先介绍了电化学执行器的器件结构及驱动原理,其次根据电化学执行器电极材料的不同,分别从导电聚合物、碳材料、新型二维材料及其复合材料等方面进行了综述,讨论了各种非金属电极材料应用于执行器中的优缺点,最后对未来电化学执行器及其电极材料的发展趋势进行了展望.     

聚苯基单醚喹噁啉的电化学氧化

自1977年导电聚乙炔问世以来,化学家在制备和研究新型导电高分子方面进行了大量的工作。除具有金属导电性的聚乙炔、聚吡咯和聚噻吩的研究外,对可溶性芳杂环高分子掺杂的研究开始引起了人们的重视。通过化学或电化学掺杂方法,使具有刚性的、共平面梯形或阶梯形结构的高分子发生氧化还原作用,而从优良的电绝缘高分子材料转变成导电的或具有半导性的高分子材料。     

高弹性高导电稳定性炭黑/碳管/硅橡胶复合材料的设计与制备

采用少量炭黑(CB)和少量碳纳米管(CNTs)并用,通过调控CB和CNTs在甲基乙烯基硅橡胶(PMVS)基体中的网络结构,成功制备了低导电填料下高弹性、高导电性、高循环拉伸导电稳定性的PMVS-CB-CNTs导电橡胶复合材料.当1.8%(体积百分比,下同)CB和1.2%CNTs并用时,复合材料体积电阻率降低至271Ωcm, 30%拉伸应变下的体积电阻率(R/R0)为2.1,10次循环拉伸再回复后其R/R_0低至1.3.CNTs是原位生长在层状双氢氧化物表面而制备的碳管阵列(CNTA),其与橡胶混炼加工时易于解离成单根分散碳管,不易缠结,且其高长径比有利于低填料量下获得高导电性;而CB的各向同性能够使复合材料拉伸回复后形成新的导电通路.由于所用CNTs具有纳米弹簧效应,复合材料保持了良好的弹性和柔顺性.进一步研究了复合材料在拉伸应变过程中的电导性的变化和循环拉伸导电稳定性,以及拉伸应变下导电网络结构变化和拉伸前后的填料网络结构变化,探明了复合材料导电网络结构与导电性及导电稳定性的关系.结果表明,低含量CB和CNTs可在橡胶基体中形成较强的双导电网络结构;拉伸时,CNTs作为桥梁连接单个的CB粒子及其聚集体,导电网络破坏较小;经循环拉伸再回复后,CB和CNTs又可回复形成较强的双导电网络结构,因此该复合材料电导性较高,且单次拉伸和循环拉伸导电稳定性均较好.     

斜发沸石——一种功能填料

普通纸张的电阻率为1×10~(12)-1×10~(14)Ω·cm,而作为导电纸基则要求电阻率在1×10~7～1×10~9Ω·cm范围。导电纸基是静电印刷所用感光板的基底。湿度对于导电纸的电阻率影响很大,相对湿度高,导电性能好;但随着湿度降低,导电纸的导电性能下降,最终甚至失去导电能力。对于静电印刷,为保证在低湿度条件下,能获得清晰的效果,要求感光板的纸基在低湿度条件下保持良好导电性能。Breck利用合成分子筛作纸的填料或涂料,在相对湿度5—90％范围内,纸的电阻率低于1×10~(12)Ω·cm。此结果表明,合成分子筛可以改善纸的导电性能。斜发沸石作为普通填料已成功应用生产新闻纸、书写纸等和作为功能填料用于塑料。斜发沸石是否可以作为一种功能填料用于导电纸基,这是本文所要研究的内容。     

一种新颖导线——碳纤维

美国肯塔基大学研制出一种碳纤维,其导电性接近于铜。研究人员在新的混合纤维中使石墨层与金属和酸类层互相更换,发现这种纤维的导电性比镍高六倍,而且某些导电性能不逊于铜。石墨纤维作为航空涂料使用能够防护飞机在暴风雨中免遭雷电干扰。新     

分子基导电聚合物吸波材料:进展与未来挑战

随着科技的发展,电磁辐射泄漏引起的电磁污染问题日趋严峻.电磁污染不仅会影响电子设备的功能,而且会对人体健康产生不良的影响.为解决这一问题,研发具有各种新颖结构的电磁波吸收材料具有重要的意义.分子基导电吸波材料因其独特的物理化学特性展现出良好的吸波潜能,吸引了研究者的广泛兴趣.本文综述了近年来有关分子基导电吸波材料的相关研究成果.首先,介绍了分子基导电吸波材料的吸波原理.然后,聚焦分子基导电吸波材料中的三大类材料,即导电高分子聚合物、导电共轭聚合物和导电金属-有机配合物吸波材料,讨论了其结构设计调控策略和吸波损耗机制.此外,本文还介绍了典型的制备分子基导电吸波材料的方法.最后,结合面向前沿的吸波材料的需求,指出了分子基导电吸波材料未来研究亟待解决的挑战.     

水的第四态

人们一直以为，水以固态（冰）、液态（水）和气态（水蒸气）三种状态存在地球上，并且不能导电。然而，根据美国圣地亚国家实验室物理学家的最新研究显示，在满足一定的温度和压力条件后，将可能得到超离子状态的水，称之为“金属水”。金属水的特点是一个水分子中的2个氢原子是处于自由活动状态的，而氧原子则像被冰冻休眠处于固定状态，这种状态的水会和我们日常所见的金属一样具有导电功能。     

未来的战斗机和侦察机

可能具有导电性能的一代新合成材料正在研制当中。美国空军正在考察这种合成材料的潜力,看看是否能为未来的战斗机和侦察机提供一种奇妙蒙皮。这种奇妙蒙皮应有电子功能和诸如机翼防冻等其他功能、使用正确的电传导方式便可能用装在机翼中的夫线代替普通的天线,从而改进空气动力学性质和减轻飞机重量。新式蒙皮可能还有敏感元件,用于检测和监视,以避免可能发生的事故。另一个好处也许是合成材料导电性能较好,能防止静电荷积累,使飞机免遭雷击。     

用于高能电池的橡胶导体

目前,亚利桑那国立大学的一个物理化学研究小组报道他们已开发了一种由高导电性的玻璃和塑料聚合物相结合的一种电解质材料,该研究小组的负责人C.A.安杰尔宜称他们的材料比以往任何聚合物电解质材料都具有更大的导电潜力。在不久前的《自然》上,该小组公布了他们如何改变了通常制作盐聚合物电解质的工序,改进了的工序不是溶解少量盐在聚合物中,而是代之以溶解除少量     

导电高分子微米/纳米结构材料

微米/纳米结构化的导电高分子材料不仅具有导电高分子自身的特性, 同时兼具微结构赋予的特殊功能, 从而在光、电子微型器件, 高效、快速感应器件, 微型电化学器件等方面具有广泛的应用前景. 本文着重从软、硬模板合成技术等方面综述了近几年导电高分子微米/纳米结构的制备方法, 讨论了两种技术的优缺点. 介绍了一系列导电高分子微米/纳米结构材料, 并对该研究领域进行了展望.     

塑料向硅的领地提出挑战

用一种导电的塑料材料聚乙炔制造电子元件的希望快要实现了,现在已到了真正的技术突破阶段。日本科学家已经研制成功第一个以加入添加剂的聚乙炔为材料的二极管(p-n结)。与原先的各种尝试不同,此二极管在空气中是稳定的。这一进展表明,二极管和晶体(三极)管很快就可能用塑料代替价格昂贵的超纯硅来制造。聚乙炔的导电性源于交叉双键的特殊排列。双键中的电子不是被特定的几个具体碳原子所占有,而是