導電高分子

所謂導電高分子是由具有共扼π-鍵的高分子經化學或電化學“摻雜”使其由絕緣體轉變為導體的一類高分子材料

概述

導電高分子完全不同於由金屬或碳粉末與高分子共混而製成的導電塑糕因此，導電高分子的可分子設計結構特徵為除了具有高分子結構外，還含有由“摻雜”而引入的一價對陰離子(p-型摻雜)或對陽離子(n-型摻雜）所以，通常導電高分子的結構特徵是由有高分子鏈結構和與鏈非鍵合的一價陰離子或陽離子共同組成。因此，導電高分子不僅具有由於摻雜而帶來的金屬(高電導率)和半導體(p-和n-型)的特性之外，還具有高分子的可分子設計結構多樣化，可加工和比重輕的特點。為此，從廣義的角度來看，導電高分子可歸為功能高分子的範疇。

特點

（1）導電高分子的室溫電導率可在絕緣體半導體金屬態範圍內變化，這是迄今為止任何材料無法比擬的。

正因為導電高分子的電學性能覆蓋如此寬的範圍，因此它在技術上的套用呈現多種誘人前景。例如，具有高電導的導電高分子可用於電磁禁止，防靜電、分子導線等技術上的套用。而具有半導體性能的導電高分子，可用於光電子器件（電晶體，整流管)和發光二極體(light emitting diode， LED）

( 2)導電高分子不僅可以摻雜，而且還可以脫摻雜並且摻雜脫摻雜的過程完全可控，這是導電高分子獨特的性能。如果完全可逆的摻雜脫摻雜特性與高的室溫電導率相結合，那么導電高分子可成為二次電池的理想電極材料，從而可能實現全塑固體電池。另外，可逆的摻雜脫摻雜的性能若與導電高分子的可吸收雷達波的特性相結合，則導電高分子又是目前快速切換的隱身技術的首選材料。實驗發現導電高分子與大氣某些介質作用，其室溫電導率會發生明顯的變化，若除去這些介質又會自動恢復到原狀。這種變化的實質是摻雜與脫摻雜的過程，並且其摻雜脫摻雜完全可逆。利用這一特性，導電高分子可實現高選擇性、靈敏度高和重複性好的氣體或生物感測器。

( 3)導電高分子的摻雜實質是氧化還原反應，而且氧化還原過程完全可控。在摻雜脫摻雜的過程中伴隨著完全可逆的顏色變化。因此，導電高分子這一獨特的性能可能實現電致變色或光致變色。這不僅在信息存貯、顯示上有套用前景，而且也可用於軍事目標的偽裝和隱身技術上。

(4)由於導電高分子具有π-共軛的結構，因此，它具有回響速度快的特點( sec)和高的三階非線性光學係數（i=—— esu）。它將用於信息存貯、調頻、光開關和光計算機等領域。綜上所述，導電高分子是一種性能優良的新型功能材料，在80、 90年代研究進展迅速，成為材料科學的研究中心，世界各國科學家致力於導電高分子的實用化。

導電摻雜

為了使共軛高分子導電，必須要做摻雜。這和半導體經過摻雜後可以經由荷電載子提高導電度類似。發現導電高分子的故事是蠻具戲劇性的。在1974年，日本化學家白川英樹找到一個合成聚乙炔的新方法。有一次由於疏忽，多加了一千倍的催化劑，令他驚訝的是，這因此形成一個漂亮的銀色薄膜。這薄膜是純度很高的順式聚乙炔。

研究案例

(A.G.McDiarmid)和物理學家希格(A.Heeger)正在研究有金屬光澤的無機高分子硫化氮(SN)x。笛米德在一次東京的研討會裡提到這項研究，後來白川和笛米德有機會碰面討論，當笛米德聽到白川發現了具銀色光澤的有機高分子，就邀請他到賓大訪問。白川以及來自台灣的博士後研究員姜傳康藉著加碘蒸氣改變聚乙炔的性質，令他們驚訝的是，順式聚乙炔的導電度因此增加了一百萬倍。第一個導電高分子就此誕生!他們和同儕將發現發表在化學協會期刊的化學通訊，這是讓他們贏得2000諾貝爾獎的論文。姜傳康於1965年畢業於師大物理系，現在在美國的國家科技研究院(NIST)的高分子部門工作。

發展前景

儘管導電高聚物研究僅有20餘年的歷史，但無論在材料的設計和合成，摻雜和導電機理，結構與性能，加工性和穩定性以及在技術上的套用探索等方而均已取得長足的進展，並正向實用化的方向發展。但是，在基礎理論研究方面，導電高聚物而臨著“合成金屬”、分子導線和分子器件的挑戰;在套用基礎和技術套用方而，導電高聚物也面臨著材料功能化，納米化和實用化的挑戰。若這些挑戰所帶來的發展機遇與導電高聚物本身的強大的生命力相結合，堅信這必將成為21世紀材料科學的研究前沿。