导电高分子材料的研究进展范文

导电高分子材料的研究进展篇1

关键词：导电高分子　纳米复合材料　应用

确切来说，聚乙炔具有导电功能的发现是在上个世纪的1977年，距今也才四十五年的时间；而纳米技术融合到导电高分子技术中的发展更短，不到二十年的时间，在这么短的时间里，导电高分子的研究已经取得了飞跃的发展，同时导电高分子材料也被应用在了众多的领域众多的产品中，给我们的生活生产起着重要的作用；从这项技术的发展中可以看出，其应用的背景远不止目前这些。顾名思义，导电高分子中纳米复合材料应该具备有两个特点，一个是纳米功能，另一个是导电性；本文主要探讨导电高分子技术中的纳米复合材料的应用现状，同时对其发展略表看法。

一、导电高分子中纳米复合材料的应用

在导电高分子技术领域中，纳米复合材料的优点非常多。从产品的特点来说，其具有高弹性、高可塑性、低密度、耐腐蚀性、质量轻、柔软和加工性能好等特点，另外其电导率的范围非常宽，具有半导体的特点；从经济层面上来说，这种材料的价格也很便宜。导电高分子材料包括纳米复合材料的经济利用价值非常高，其不仅在我国经济生产中具有重要作用，在进行科学实验中也是意义重大；在这样的时代背景下，其商业价值已经不用明说了。目前，不仅是科学研究机构，就连很多企业都已经开始进行纳米复合材料的研究工作了。具体来说，导电高分子的纳米复合技术和材料的应用包括：

1.在电子元件特别是在晶体管和二极管上的应用

纳米复合技术及其产品在电子器件中的应用非常广泛（其他的导电高分子技术在这方面的应用同样非常广泛），且从目前的形式来说，其应用前景仍然非常大。在上世纪聚乙炔的导电性能被发现后，人们很快就在导电聚合物的基础上研究出了一种可以弯曲并且也非常薄的电子元件，这种电子元件就是发光二级管；发光二级管的出现意义非常重大，其象征着导电高分子向着实用化迈出了第一步。另外，导电高分子很快也应用到了场效应管中，这种应用很有可能会带来下一步高分子材料的规模性应用。另外，纳米复合技术及其材料还被应用到了高分子的发光二极管中，这项应用时至今日仍然是社会讨论和研究的热门课题。就目前纳米复合技术及其材料在电子器件中的应用之一“发光二极管”在性能上已经非常成熟，完全可以和那些无机的发光材料相提并论了。另外，除了聚乙炔，还出现了新的材料比如聚噻吩和聚吡咯，这些材料所制成的二极管都已经陆陆续续被用在商业中，制成商业产品了。纳米复合技术及其材料所制成的发光二极管在性能上相对传统的二极管而言，具有成本低、可弯曲、可调色和面积大等特点。另外，纳米复合技术及其材料已经进入到电子器件的寿命和发光效率的研究领域了；这表明这种先进的科学技术的应用领域将会更加巨大，另外，这项研究也是实现导电高分子技术更加实用化的有效途径。

2.在电磁屏蔽领域上的应用

在导电高分子技术出现之前，人们用来对电磁进行屏蔽的材料一般都是铜，这种屏蔽材料和方法自身在性能上的不足导致了电磁干扰的情况非常严重；另外，使用铜来进行电磁的屏蔽并不能很好地满足手机、电脑、电视机、计算机房和一些医疗设备比如心脏的起搏器等的需求。在对人体健康愈加重视的今天，对相关的设备进行良好的电磁屏蔽已经越来越被重视。通过对导电高分子技术的研究也实验发现，在对电磁进行屏蔽的过程中将导电高分子特别是纳米复合的技术及其材料融合在其中，不仅能够起到防止静电、对电磁进行屏蔽的特点，还具有成本低和可塑性强不受形状影响的优异性能，是一种屏蔽电磁干扰的理想材料。随着研究的不断深入和发展，目前，导电高分子中的纳米复合技术及其材料应经被应用在电脑的屏保中了，这项应用能够有效防止电脑的电磁对人体的辐射。另外，在众多的纳米复合材料之中，聚苯胺的防电磁辐射性能最受重视。

3.在电池中的应用

纳米复合技术及其材料本身具有很好的掺杂与脱掺杂性能，如果将其应用在电池中，将会带来良好的效果。目前，对于高分子材料中的聚乙炔材料电池的研究已经基本成功了，这款由日本生产出来的电池比传统的电池要更加轻便，因此受到了消费者的青睐。另外，聚吡咯也具有很好的稳定性和高掺杂度，这种材料对电的敏感性也非常高，即使是在纺织物中图上这种材料，也能让其具有良好的导电性；所以，聚吡咯正在被研究应用在对低浓度、可发挥的有机物进行监测的传感器中，这种传感器具有很高的灵敏度。另一种纳米复合材料乙烯也已经开始使用在太阳能的电池中以及二次电池中；这种材料的使用有可能会使二次电池成为更加大众的商品，但是这种材料在稳定性和耐久性中的问题目前还没有得到很好的解决。另外，导电高分子的纳米复合技术及其材料在太阳能电池中的应用也已经开始尝试了。和一般的无机光电材料比较，这种导电高分子的材料具有价格便宜、能够规模生产、制造简单和对太阳光中的物质进行筛选选择等优点，但是这种材料也具有稳定性较差、阻值比较高的缺陷。

4.在导电橡胶中的应用

导电高分子材料本身具备良好的导电性，通过不同的纳米复合技术掺杂和加工所生产出来的聚乙炔在导电性能上可以达到铜的效果，只是目前这种高分子的材料的导电稳定性不够，所以还没有被广泛使用。不过，通过纳米复合技术研究出来的导电橡胶的使用意义非常大。这种导电的橡胶在一般情况下并不会导电，不过，只要对其施加压力，就能够使其产生导电的效果，并且这种导电的效果只是出现在被施加压力的部位，没有被施加压力的地方的绝缘性能非常好。目前，这种导电橡胶已经被广泛应用在防爆开关、压敏传感器、医用电极、加热原件和高级的自动把柄中去了。

二、导电高分子中纳米复合技术的前景

虽然纳米复合技术在屏蔽电磁干扰、光电子原件、能源等方面都已经得到了很多的应用，但是其实用化还是没有得到充分的利用，甚至说其应用尚未实现实用化。目前，这些材料很多还是停留在“材料”的层面上，而产品层面还是比较少。在未来的研究工作中，主要研究的方向有：

1.对纳米复合技术及其材料在稳定性和加工型方面的研究。就目前来说，导电高分子的材料很多在导电性、加工性和稳定性的融合上还做得很不足，解决这一问题的一个比较有效的方向是对可溶性的纳米复合材料进行合成。

2.对纳米复合技术及其材料在自掺杂和不掺杂方面的研究。材料不稳定以及掺杂剂本身不稳定往往会对纳米复合材料在导电性能方面产生影响，所以对纳米复合技术及其材料在自掺杂和不掺杂方面的研究能够有效结局材料在稳定性方面存在的问题。

3.对纳米复合技术及其材料在绿色生产上的研究。这项工作同样引起了很大的关注。在研究的过程中如果能够解决导电高分子的纳米复合材料在加工上更加绿色的要求，将是一场对传统的电子元件提出挑战的革命。

参考文献

[1]王彦红, 王景慧, 岳建霞, 罗青枝, 王德松. 导电高分子纳米复合材料研究进展[J]. 化工时刊, 2007,(01) .

[2]柯一礼. 导电聚苯胺的研究及其应用前景[J]. 建材世界, 2009,(05) .

[3]陈薇. 导电聚合物的研究[J]. 科技致富向导, 2010,(24) .

导电高分子材料的研究进展篇2

关键词:高分子材料抗静电研究

静电广泛地存在于自然界和日常生活之中，如人们每时每刻呼吸的空气每厘米就含有100500个带电粒子；自然界的雷电；干燥季节里人身上化纤衣物由于摩擦起电而粘附在身体上，这一切都是比较常见的静电现象。实际上，静电在生物工程中有着重要的应用。

一、高分子抗静电的方法概述

高聚物表面聚集的电荷量取决于高聚物本身对电荷泄放的性质，其主要泄放方式为表面传导、本体传导以及向周围的空气中辐射，三者中以表面传导为主要途径。因为表面电导率一般大于体积电导率，所以高聚物表面的静电主要受组成它的高聚物表面电导所支配。因此，通过提高高聚物表面电导率或体积电导率使高聚物材料迅速放电可防止静电的积聚。抗静电剂是一类添加在树脂或涂布于高分子材料表面以防止或消除静电产生的化学添加剂，添加抗静电剂是提高高分子材料表面电导率的有效方法，而提高高聚物体积电导率可采用添加导电填料、添加抗静电剂或与其它导电分子共混技术等。

（一）添加导电填料

这类方法通常是将各种无机导电填料掺入高分子材料基体中，目前此方法中所使用的无机导电填料主要是碳系填料、金属类填料等。

（二）与结构型导电高分子材料共混

导电高分子材料中的高分子（或聚合物）是由许多小的重复出现的结构单元组成，当在材料两端加上一定的电压，材料中就有电流通过，即具有导体的性质，凡同时具备上述两项性质的材料称为导电高分子材料。与金属导体不同，它属于分子导电物质。根本上讲，此类导电高分子材料本身就可以作为抗静电材料，但由于这类高分子一般分子刚性大、不溶不熔、成型困难、易氧化和稳定性差，无法直接单独应用，一般作导电填料与其它高分子基体进行共混，制成抗静电复合型材料，这类抗静电高分子复合材料具有较好的相容性，效果更好更持久。

（三）添加抗静电剂法

1.有机小分子抗静电剂。有机小分子抗静电剂是一类具有表面活性剂特征结构的有机物质，其结构通式为RYx，其中R为亲油基团，x为亲水基团，Y为连接基。分子中非极性部分的亲油基和极性部分的亲水基之间应具有适当的平衡与高分子材料要有一定的相容性，C12以上的烷基是典型的亲油基团，羟基、羧基、磺酸基和醚键是典型的亲水基团，此类有机小分子抗静电剂可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性离子型4大类：阳离子型抗静电剂；阴离子型抗静电剂；非离子型抗静电剂；两性型抗静电剂。

导电机理无论是外涂型还是内加型，高分子材料用抗静电剂的作用机理主要有以下4种：（1）抗静电剂的亲水基增加制品表面的吸湿性，吸收空气中的水分子，形成“海一岛”型水性的导电膜。（2）离子型抗静电剂增加制品表面的离子浓度，从而增加导电性。（3）介电常数大的抗静电剂可增加摩擦体间隙的介电性。（4）增加制品的表面平滑性，降低其表面的摩擦系数。概括起来一是降低制品的表面电阻，增加导电性和加快静电电荷的漏泄；二是减少摩擦电荷的产生。

2.永久性抗静电剂。永久性抗静电剂是一类相对分子质量大的亲水性高聚物，它们与基体树脂有较好的相容性，因而效果稳定、持久、性能较好。它们在基体高分子中的分散程度和分散状态对基体树脂抗静电性能有显著影响。亲水性聚合物在特殊相溶剂存在下，经较低的剪切力拉伸作用后，在基体高分子表面呈微细的筋状，即层状分散结构，而中心部分呈球状分布，这种“蕊壳”结构中的亲水性聚合物的层状分散状态能有效地降低共混物表面电阻，并且具有永久性抗静电性能。

二、我国高分子材料抗静电技术的发展状况

我国许多科研机构和生产企业已陆续开发出一些品种，以非离子表面活性剂为主，目前常用的品种有，大连轻工研究院开发的硬化棉籽单甘醇、ABPS（烷基苯氧基丙烷磺酸钠）、DPE（烷基二苯醚磺酸钾）；上海助剂厂开发目前多家企业生产的抗静电剂SN（十八烷基羟乙基二甲胺硝酸盐），另外该厂生产的抗静电剂PM（硫酸二甲酯与乙醇胺的络合物）、抗静电剂P（磷酸酯与乙醇胺的缩合物）；北京化工研究院开发的ASA一10（三组份或二组份硬脂酸单甘酯复合物）、ASA一150（阳离子与非离子表面活性剂复合物），近年来又开发出ASH系列、ASP系列和AB系列产品，其中ASA系列抗静电剂由多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯化合物等非离子表面活性剂；ASB系列产品则为有机硼表面活性剂（主要是硼酸双多元醇脂与环氧乙烷加成物的脂肪酸酯）与其他非离子表面活性剂复合而成；ASH和ASP系列主要是阳离子与非离子表面活性复合而成，杭州化工研究所开发的HZ一1（羟乙基脂肪胺与一些配合剂复合物）、CH（烷基醇酰胺）；天津合成材料工业研究所开发的IC一消静电剂（咪唑一氯化钙络合物）；上海合成洗涤剂三厂开发生产的SH系列塑料抗静电剂，已经形成系列产品，在使用效果和性能上处于国内领先地位，部分品种可以替代进口，如SH一102（季铵盐型两性表面活性剂）、SH一103、104、105等（均为季铵盐型阳离子表面活性剂），SH抗静电剂属于结构较新的带多羟基阳离子表面活性剂；济南化工研究所JH一非离子型抗静电剂。（聚氧乙烯烷基胺复合物）等；

河南大学开发的KF系列等，如KF一100（非离子多羟基长碳链型抗静电剂）、KF-101（醚结构、多羟基阳离子永久型抗静电剂），另外还有聚氧乙烯醚类抗静电剂，聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯专用抗静电剂202、203、204等；抗静电剂TM系列产品也是目前国内常用的，主要用于合成纤维领域。

从抗静电剂发展来看，高分子型的永久抗静电剂是最为看好的产品，尤其是在精密的电子电气领域，目前国内多家科研机构利用聚合物合金化技术开发出高分子量永久型抗静电剂方面已取得明显进展。

三、结语

我国合成材料抗静电剂行业发展前景较好，针对目前国内研究、生产、应用与需求现状，对我国合成材料抗静电剂工业发展提出以下建议。

（一）加大新品种开发力度

近年来国外开发的高性能伯醇多聚氧化乙醚类非离子型表面活性剂；用于聚碳酸酯的脂肪酸单缩水甘油酯；用于磁带工业的添加了聚氯化乙烯醚醇的磷酸衍生物；适应于聚烯烃、聚氯乙烯、聚氨酯等多种合成材料的多元醇脂肪酸酯和三聚氰胺加成物等，总之国内科研院所应根据我国合成材料制品要求，开发出多种高性能、环保无毒的抗静电品种，并不断强化应用技术研究，以满足国内需求。

（二）加快复

合抗静电剂和母粒的研究与生产

今后要加快多种结构抗静电剂及其他塑料助剂的复配，向适应范围广、效率高、系列化、多功能、复合型等方向发展。另外合成材料多功能母粒作为助剂已经成为今后合成树脂加工改性的重要原材料，如着色、阻燃、抗菌、成核等母粒在国内开发方兴未艾，国内要加快抗静电母粒的开发与研究，促进我国抗静电剂工业发展。

参考文献：

[1]高绪珊、童俨，导电纤维及抗静电纤维[M]．北京：纺织工业出版社，1991．148154．

[2]张淑琴，抗静电剂，化工百科全书，第1版，化学工业出版社，1995（4）：667.

导电高分子材料的研究进展篇3

【关键词】动力锂离子 正极材料 研究

我国目前动力锂离子电池取得了较高的成就，已成功的运用在了多方面领域，尤其是电动车行业，极大的方便了人们的生活，对于节省汽车油耗，减少污染方面也有很大的作用。

1 动力锂离子电池的安全性

对于动力锂离子电池，要想有效地解决其安全性问题，主要从以下方面入手：合理设计电池的热效应，有效防止在不合理使用情况下的热失控，以及寻找安全的电解液以及正极材料。

伴随大容量动力锂离子电池的应用，短路以及过程等安全性问题日渐突出，这是动力锂离子电池实现大规模、多领域应用所必须克服的一大难点。动力锂离子电池的安全问题包括自爆、电火、漏液等，这些安全性问题，极大的阻碍了其实用化进展[1]。

伴随新型动力锂离子电池材料的不断发展，在安全性能方面，取得了新的进展。所以如何开发和制备新型的动力锂离子电池材料对于提高动力锂离子电池的安全性能具有十分重要的意义。

2 动力锂离子电池正极材料

常用的动力锂离子电池的正极材料有LiNiO2、LiCoO2以及Ni-CO-Mn三元素锂氧等，这些材料虽然说具有容量密度高的优点，但它们的安全性都普遍较差，隐藏着很大的安全隐患。目前我国对新型正极材料的研究取得了很大的进展，主要包括以下几种。

2.1 磷酸亚铁锂

磷酸亚铁锂的理论容量是170 mAh/g，充放电的电压为3.5伏特。它同传统的锂电池正极材料比起来，来源更为广泛，价格更加低廉，对于环境也更加有好。以磷酸亚铁锂作为正极材料，可是电池具有高热稳定性、高安全性以及优良的循环性。因此磷酸亚铁锂可作为一种极为安全的动力锂离子电池材料。

2.1.1 磷酸亚铁锂的合成方法

磷酸亚铁锂的合成方法有很多，下面通过表格的形式列出，并分别指出其优缺点。详细内容见表1。

2.1.2 磷酸亚铁锂的改性研究

磷酸亚铁锂虽然说安全性能很高，但也存在着一些致命的缺陷，比如说电子导电率低，离子扩散慢，体积能量密度较小。这些都影响了磷酸亚铁锂的实用性，因此需进行改性。学者们对此进行了多方面的研究，并且取得了较大的进展。

（1）添加导电材料

为提高磷酸亚铁锂的导电性能，可以添加导电材料。可通过用金属或者碳包覆的方法。在磷酸亚铁锂中包覆或分散碳，不仅可以增强粒子间的导电性能，降低电池极化，并且可提供给磷酸亚铁锂电子隧道，从而补偿电荷平衡，因此这成为了学者们首选的改

性方法[2]。

Kim通过机械激活法，在氮气的保护下，六百度烧结十小时后合成包覆的磷酸亚铁锂。Croce等利用百分之一的铜银包覆了磷酸亚铁锂，通过能量散射X射线谱分析，得知金属通过超微米的方式分散在磷酸亚铁锂的周围。在磷酸亚铁锂中所分散的金属提供了导电桥，从而增加了粒子和粒子间的导电性能，提高磷酸亚铁锂的容量。

（2）掺杂金属元素

碳与金属粒子包覆的方法，虽然有效的改变了粒子间的导电性，然而却对磷酸亚铁锂的颗粒内部导电性没什么影响，当磷酸亚铁锂的颗粒尺寸较大时，很难得到大电流高容量的产物。而金属掺杂得手段可使晶格在一定程度上产生缺陷，因此可对材料的导电性能产生调节作用。

（3）制备球形磷酸亚铁锂

要想实现锂离子电池的高能量比，要求电池材料的具有较高的密度以及比容量，而密度同颗粒形貌以及粒径等均有关系。若形状不规则，则会有严重的粒子架桥现象。而用规则球形粒子来进行填充，由于粒子间接触面比较小，可有效避免架桥现象。所以，制造球形的磷酸亚铁锂正极材料是增大堆积密度和比容量的有效方法[3]。

2.2 磷酸矾锂（Li3V2（PO4）3）

磷酸矾锂电池具有很高的热稳定性、安全性和优良的放电平台。磷酸矾锂化合物晶型是单斜结构，因此，Li+的扩散能力很高，放电电压要比4.6V高，在掺杂碳后能量密度高达2330mWh/cm3。磷酸矾锂是一种很好的锂电池正极材料，在电动车等行业拥有广泛的应用前景。

具有单斜结构的Li3V2（PO4）3的合成方法主要包括；碳热还原法、高温条件下固相合成法以及熔胶-凝胶等方法。Li3V2（PO4）3 在不同放电区间的性能情况（放电倍率为0.2）见图1。结果表明，磷酸矾锂电池在4.8V，4.5V以及4.3V的截止电压下均能保持

很好的电容量[4]。

掺杂碳的磷酸矾锂电池与掺杂碳的LiCoO2的锂电池在0℃和25℃条件下的放电曲线见图2。由图可见，0℃时，掺杂碳的磷酸矾锂电池拥有更高的放电电压以及更高是能量密度，且比掺杂碳的LiCoO2的锂电池高20%左右。在25℃的条件下，两者具有几乎等同的放电电压，但是掺杂碳的磷酸矾锂电池的能量密度更高。

采用示差扫描量热分析实验对锂电池正极材料的热稳定性以及安全性进行测试及评价。具体方法是：将锂电池正极材料进行充电，取出充电状态的材料，对此材料做DSC实验。磷酸矾锂的DSC实验结果表明：当测试温度高于220℃时，磷酸矾锂的DSC曲线呈现出两个分开的峰，其放热量是248J。而相应状态下的LiCoO2的放热量为570J，LiMn2O4的放热量为340J。由此可见，磷酸矾锂具有很高的热稳定性。

2.3 LiMn2O4

LiMn2O4化合物具有尖晶石结构，其骨架是一个与四面体及八面体共面的三维网络。在LiMn2O4活性物质中，锂离子的扩散系数极小，数量级仅为10-9。电子的导电率也很低，仅为10-6S/cm左右。

LiMn2O4化合物材料的优点是原材料资源极为丰富，成本很低，一般来说，Mn的价格仅为Co价格的2%―5%。LiMn2O4化合物材料环保安全无污染。但是，LiMn2O4化合物材料在充放电过程中存在很强的Jahn-Teller效应。当温度较高时，LiMn2O4的晶形结构会发生改变，导致猛离子在电解质中溶解，电极的活性物质丧失。这些都严重阻止了LiMn2O4化合物材料在锂电池领域的开发与

应用[5]。

表2列举了主要锂电池的正极材料的性能一览表。由以上数据可以看出，LiVPO4在锂电池材料的应用领域具有很强的竞争力。极有可能成为新一代的锂电池正极材料的活性物质。

总之，我国在动力锂离子电池的研发方面取得较大的成就，是可喜的。然而为了进一步推动动力锂离子电池的更广泛使用，并进一步提高其安全性，更加方便人们的生活，保障人们的人身安全，还需进一步加大力度研究，从而开发出更高效、更安全的动力锂离子电池正极材料。

参考文献

[1] 蒋勇.锂离子电池正极材料LiFePO的固相法合成及其性能研究[J].上海大学学报，2008，25（6）：21-22

[2] 王先友.新一代锂离子正极材料-金属氟化物的制备及其性能研究[J].有色矿冶，2008，（6）.25

[3] 谭龙.锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成与改性[J].湿法冶金，2003，（6）：36

[4] 刘祥哲.锂离子电池层状复合正极材料的制备与改性[J].济南大学学报，2012，（3）.13

[5] 梁叔全.锂离子电池纳米钒基正极材料的研究进展[J].中国有色金属学报，2006，（6）：26

作者简介

导电高分子材料的研究进展篇4

关键词：聚苯胺 复合材料 合成方法

The Synthesis Of Polyaniline Composite Materials

LiushengCaoming

(College of Chemical Engineering and Energy; Zhengzhou University，Zhengzhou Henan China 450001)

Abstract:In recent years,polyaniline has attracted much attention because of its excellent properties. The study on its synthesis and doped mechanism is always one of the major research contents of polyanline.In this paper, the synthesis methods of polyanline composite materials are reviewed

Keywords:polyanlineComposite materialsSynthesis methods

一、引言

半导体金属氧化物传感器是目前主要的商业化的气体传感器，但在应用中存在选择性差、操作温度高、稳定性也不令人满意等问题。而以聚苯胺（PANI）为代表的导电高分子气敏材料由于价廉易得、合成和制膜工艺简单且可在常温下工作等优点，已成为研究的热点。但是纯的聚苯胺气敏材料存在选择性性差、灵敏度低以及稳定性欠佳等缺点，并且聚苯胺为共轭的刚性链结构，在有机溶剂中溶解度低、成膜性能差，不易加工成型从而阻碍了它作为气敏材料在实际中的应用。所以，为了克服纯聚苯胺的缺点，通过选择合适的通用高分子材料与聚苯胺复合，提高其灵敏度和选择性；改善材料的加工成膜性能；同时使之具有很好的稳定性，从而能够更广泛地应用于气体传感器中。

二、聚苯胺复合材料的合成

复合材料的合成方法大致可分为：共聚法、共混法、“现场”吸附聚合法以及电化学合成法四种。

1.共聚法

该法是合成包含导电共轭链段的接枝或嵌段共聚物，也是获得可溶性导电高分子的一种方法。这种共聚物在溶液中因界面活性能够形成胶束，导电链段（硬段）处于核心，其含量多少决定共聚物在溶液中的凝聚性。用共聚改性的方法虽然可以在一定程度上改善聚苯胺的力学性能和加工性能，但同时使聚合物的导电性能下降，改善的效果并不明显，报道的研究成果也较少。

2.共混法

共混法又可以溶液共混法、机械共混法和乳液共混法三种。

2.1溶液共混法

溶液共混法有两种实施方法：（1）通过选用恰当的功能质子酸，使掺杂PANI与聚合物共溶于特定的有机溶剂中，通过溶液共混方法制备聚苯胺导电材料，其关键是掺杂剂和溶剂的选择。（2）将本征态聚苯胺和聚合物分别溶于有机溶剂中，按一定比例混合浇铸，得到本征态聚苯胺/聚合物薄膜，再将此薄膜浸于酸溶液中掺杂，从而得到导电复合膜。

在第一种方案中导电性能的掺杂剂功能质子酸中的功能基团、基体聚合物、溶剂、加工方法和所得共混材料的相结构的影响。第二种实施方法在酸溶液掺杂过程中，掺杂介质对掺杂效率有明显的影响。

溶液共混法分散均匀、使用方便、能够制得电导率较透明材料。但是导电聚苯胺在常用有机溶剂中溶解度小，需要耗费大量有机溶剂，容易造成环境污染。

2.2机械熔融共混法

机械共混法是制备聚合物共混材料的常用方法。将导电聚苯胺与基体聚合物同时放入混炼设备中，在熔融温度下进行混炼，即可得到聚苯胺/聚合物导电共混材料。

机械熔融加工法既可以把导电聚合物粒子分散于热塑性材料中，充分利用热塑性聚合物的加工特性，也可以用涂覆有导电聚合物的热塑性材料颗粒热压加工。基体聚合物、掺杂剂、温度和加工方法的选择，都会影响所得导电材料的性能。

2.3乳液共混法

乳液共混法有两种实施方法：一种是原位乳液聚合法，即用溶剂将聚合物树脂溶解后，加入表面活性剂制成乳液，再进行苯胺的聚合;另一种是两步法，即先制备PANI胶乳，再与基体聚合物的溶液或乳液共混。

两步法中，PANI胶乳的稳定是技术的关键，只有在稳定的胶乳体系中，才可以获得性能均一的共混材料。目前多是采用PANI-DBSA胶乳体系，胶乳中PANI粒径是纳米级的，在适当的DBSA存在下，胶乳体系是稳定的，其分散程度和稳定程度，随DBSA含量的增加而增加。其中一些DBSA是掺杂剂，过量的DBSA则充当表面活性剂。来保持体系稳定。甚至当PANI乳液与聚合物的溶液或乳液混合后，无须添加任何添加剂，所得分散体系也是稳定的。

乳液聚合对聚苯胺溶解性的改善得益于聚合过程中使用的乳化剂，乳化剂往往是大分子功能质子酸，不仅具有乳化作用，而且对生成的聚苯胺分子能进行有效的掺杂，起到模板或立体稳定剂的作用。

3.“现场”吸附聚合法

该方法是将苯胺单体吸附在非导电聚合物基材上，通过引发聚合苯胺单体在基材表面形成导电薄膜，从而获得功能性聚苯胺复合材料。例如，将纤维、纺织品、塑料等基材浸在新配制的过硫酸铵与苯胺的酸性水溶液混合物中，使苯胺在基材的表面发生氧化聚合反应，聚苯胺可均匀地“沉积”在基材表面，形成良好的致密膜，以制成导电材料。

复合材料的力学性能以及热力学性能主要由基材性能决定，这就为根据实际需要合成出具有不同热、力学性能的聚苯胺复合材料提供了可能。

4.电化学合成法

电化学方法通常用来制备膜制品。其方式有两种：一种是二段法，即在电解质溶液中，在预先覆有绝缘高分子膜的电极上电解聚苯胺单体。第二种是一段法，即将聚苯胺单体、支撑高分子一起溶于电解液中，一次电解得到所需复合膜。用电化学制备复合膜，不仅可以避免使用强烈的氧化剂和有害的掺杂剂，而且可以控制其膜结构。

三、结束语

近年来随着气体传感器的广泛应用和气敏元件性能的需求，聚苯胺已成为一种新兴的导电高分子材料而受到广大科研工作者的青睐。虽然聚苯胺的基础研究和掺杂机理的研究已经取得一定的成果，但是仍有很多问题亟待解决：聚苯胺的复合机制、导电机制以及进一步提高聚苯胺的性能。所以对聚苯胺这个新兴的导电高分子材料，仍需科研工作者投入大量精力去研究！

参考文献:

[1]Ester Segal,RozaTchoudakov,MosheNarkis,ArnonSiegmanm,YenWei. Polystyrene/polyaniline nanoblends for sensing of aliphatic alcohols[J] .Sensors and Actuators B，2005(104):140-150.

[2]谢丹,蒋亚东,李丹等.聚苯胺基LB膜的制备及气敏特性的研究[J].高分子学报,200（2）:224-227.

[3]邓建国,王建华,龙新平等.聚苯胺复合材研究进展[J].高分子通报，2002（3）:33-37.

[4]时会文,曾幸荣,杨卫.可加工导电高分子材料的研究进展[J].合成树脂及塑料,1995,12(4):46-50.

[5]宣兆龙,张倩.导电聚苯胺的改性技术研究现状[J].材料科学与工程学报,2004,22（1）:150-153.

[6]马永梅,谭晓明,谢洪泉.聚苯胺导电复合材料制备的若干进展[J].材料导报,1998,12（4）:65-68.

[7]闾兴圣,王庚超.聚苯胺/聚合物导电材料研究进展[J].功能高分子学报,2003,16(1):107-112.

[8]杨庆浩,井新利,王杨勇.导电聚苯胺共混物和复合物的合成及应用[J].石化技术与应用,2002,20（6）:4517-422.

导电高分子材料的研究进展篇5

【关键词】锂离子电池；电解质；正极材料

0 引言

高能量密度的锂离子电池，安全性能好，低污染；随着技术的发展，锂离子电池在电动汽车和自行车领域、航天、军事等领域之中的应用越来越广泛。锂离子电池都具有非常好的发展前景。对锂离子电池的研究，了解锂离子电池的研究概况，通过技术创新，进一步降低原材料成本，提高电池循环性能及稳定性，为以后锂离子电池的发展打下基础至关重要。

1 锂离子电池的研究概况

1.1 正极材料的发展趋势

锂离子电池由于其采用的正极材料的不同，会使其能量密度，温度特点以及比功率特点，以及安全性能有很大的不同，已经市场化锂离子电池正极材料一般采用LiCoO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和LiFePO4这四种。钴酸锂是市场最早的锂离子电池正极材料，具有其它材料所没有的许多优点，其比能量高，充放电电压相对稳定、循环使用性能也相对于其他大多数材料较好，所以用其作为正极材料的锂离子电池在第一代产品中就已经相对广范。但用其生产的锂离子电池的不能承受较长时间的充电过程，所以其使用安全性能是其缺点，另外，由于其造价昂贵在需要大容量锂电池的车用锂电池上很难推广使用。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，它是可逆比容量最高可以达到160mAh/g的三元类材料，能够和电解液很好相容，循环性能也较第一种材料有很大发展的正极材料，其在手机电池中已经有了很长足的发展。研究表明可改变Ni、Co、Mn三种元素的比例产生多种不同的性能正极材料，满足不同类型产品的需求。LixMn2O4是一个低成本的材料，其热稳定性和抗电超过LiCOO2LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，3D隧道结构由于其优越的嵌入和脱嵌Li+的性能，使它在制造高功率动力电池方面被广泛的应用。但是，其相对较低的比容量，以及相对较差的循环性能，对它的发展形成很大的限制。第四种：LiFePO4。对于近几年来应用相对广泛的这种材料来说，其作为一种磷酸盐聚阴离子化合物，无论是在安全性能，还是在耐高温性能，循环性能方面，它都具有很出色的表现，在动力电池还是在大功率的车载电池方面有很好的应用潜力。它存在主要缺点是电压平台和电导率低、低温的放电性和倍率放电差。综合考虑LiFePO4一定是有较好发展前景的正极材料。

1.2 负极材料的发展趋势

在当前，许多学者主要是将碳材料、合金材料钛酸锂及过渡金属氧化物等作为对立离子电池负极材料的主要研究方向。在这许多的研究当中，碳材料是最早被研究并作为锂离子电池负极材料成功运用到锂离子电池生产的材料。负极材料根据其结构特点的不同，一般可以分为三种：石墨、软碳、硬碳。其中易于石墨化的叫做软碳，难以石墨化的叫做硬碳。由于相似的结晶性能，在作为锂离子电池的负极材料时，软碳和石墨都会比硬碳更容易充电，安全性能也就更好。石墨类材料的技术相对成熟常用来作为锂电池负极材料，主要有天然石墨及其改性材料、中间相炭微球和石油焦类人造石墨等，其中中间相炭微球由于其球形的层结构使它的比容电量，安全性，放电效能和循环寿命等很多方面有很大的优势，但它的成本较高。硬碳材料首效低，压实密度低，工艺不成熟等缺点，使其至今还没有能够实现大规模的商品化，然而国内在这一领域的研究还处在试验阶段之中。锡基复合氧化物、碳硅复合材料和钛酸锂等也是当前许多学者所比较热衷的研究负极材料。钛酸锂的循环寿命十分长的优点，使其在作为锂动力电池负极材料的时候，具有非常大的优势，同时由于钛酸锂的体积变化也非常小，它也通常被称为零应变材料。在作为负极材料时，在钛酸锂和电解液间的分界面上不会出现SEI膜，并且它的内阻也不变大，所以它的安全性能非常高，另外，它的电压平台在1.5V左右的电压平台，也不会导致金属锂的析出。具有非常稳定的电压的平台，使其在作为锂离子电池的负极材料时，具有很好的耐过充性能和耐过放性能。然而，钛酸锂电极电位较高、压实密度和重量比能量较低带来的导电性和大倍率性能差，使钛酸锂在广泛的市场化前很难被广泛的应用。

1.3 电解质的研究概况

目前，电解液的溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯五类。目前，大多都是使用六氟磷酸锂电池电解质盐，混合溶剂，碳酸乙烯酯和脂肪族碳酸酯作为电解质。然而，对于和其他的电介质材料相比较而言，LiPF6的热稳定性和化学稳定性非常差，但是其负面影响不可以因为如何提高存储能力，进一步降低对于电池的安全性能，循环性能的忽视。因此，在研究其电解质的同时，对于新型电解质锂盐、功能添加剂的作用也需要做一个更加深入的了解，二草酸硼锂的使用已经受到了越来越多的关注。用这种盐反充电和SEI膜的电解液的阻燃效果是非常稳定。LiMn2O4在LiBOB中的分解热一般能够到达60J/g，但是LiFePO4的却更低，只有6～8J/g，它们的这些优点，可以极大的提升动力电池的安全性。所以，把LiBOB与LiPF6混合使用，就可以更好的发挥动力电池的高温循环性能，同时对于动力电池的的安全性能也会有极大地提高。

2 锂离子电池的测试方法

锂离子电池的检测需要通过恒流充电、恒压充电、充放电间隔、放电和周期间隔五个i奏的检测。锂离子电池大量的检测时所选用的分选系统一般包括以下几种方法：使用三级计算机测控模式、模块化结构，这种电池分选系统具备恒流恒压充电、分段放电、自动报警等功能，可以同时检测分选数节电池。化为系统的特性分选功能和其他相比具有很特别的功能，对于挑选出来的锂离子电池，可以直接用来制作组和电池，不需要再经过其他的检测过程，成品率基本接近100%，这样检测过后对于保证产品质量，和节省人力物力会有很大的帮助。

3 锂离子电池的应用前景

锂离子电池的研发制造技术不断完善，使满足各种需求的锂离子电池迅速出现，使与之相关的的一大批产业也有了长足的突破，它使电话、手机、电脑、照相机、电动汽车和其他小型便携式的电动器械都有了很大的发展。锂离子电池技术的快速发展也得益于电动车的发展迅速其技术的逐渐成熟。特别是在便携式用电器具方面所带来的快速增长，为锂离子电池的应用奠定了广阔的前景。另外最近几年研发出来的“超级”锂离子电池，即快速充电电池，对一般的手机电池的充电只需要20秒的时间。这种“超级”锂离子电池会使其应用更加方便快捷。

导电高分子材料的研究进展篇6

中图分类号:G64文献标识码: A

Discussion about the courses in Electronic Materials Specialty

ZHOU Tingdong, SONG Tianxiu

(School of Materials Science and Engineering, Xihua University, Chengdu, Sichuan 610039)

AbstractThe electronic material as a material professional majors rising star, has received widespread attention, while the training class of electronic materials is also proposed new requirements. In this paper, the direction of our hospital teaching professional electronic materials and curriculum were discussed to our hospital for further professional development materials for reference.

Key wordscurriculum; laboratory construction; electronic materials specialty

1 电子材料及元器件专业方向开设的重要性

首先，要认清科技发展的形势，转变思想观念，提高对电子材料专业的认识。人类正进入信息社会，国际公认的新科技革命的三大支柱是材料、能源和信息技术。材料发展到今天，电子材料处于材料科学与工程的最前沿，是当前材料科学的一个重要方面。电子材料品种多、用途广、涉及面宽，是制作电子元器件和集成电路的基础，是获得高性能、高可靠性的先进电子元器件和系统的保证。电子材料的优劣直接影响电子产品的质量，与电子工业的经济效益有密切关系。

我院材料专业的设置是以传统结构材料为主。电子材料研究历史短，力量薄弱，课程、实验、实践设计等都还处于初期。因此，学院全体师生应转变思想观念，提高对电子材料新专业方向的认识，以积极的态度来面对新的挑战。

其次，吸取经验，找准定位，抓住自身特色进行专业设置。国内外很多高校都开设了电子材料方面的专业。在国外，美国宾州州立大学的材料研究中心在电子材料方向办学历史悠久，为美国，乃至全世界培养了诸多人才。此外，欧洲、澳洲、亚洲的日本等一些高校在此方向的办学、科研上也很有特色。在国内，西安交通大学、华中科技大学、电子科技大学、天津大学四所高校在电子材料方向为我国培养了大量人才。其他高校在电子材料的某一些领域也开设了课程，并进行研究。

四川省作为军用电子产品的研发和生产基地，近年来逐渐将目光转向民用，使电子产品的种类得到了极大地丰富，产量上得到了显著提高。同时，国外企业，特别是世界五百强企业也将四川作为西南投资的重点，从而对电子产品相关从业人员的需求量大为增加。西华大学是四川省属唯一的综合性重点高校，“服务地方，面向基层”是其一贯的宗旨。因此，为西部大开发和四川省的跨越式发展，培养电子材料方向的人才是我们必须肩负起来的责任。但是，受师资力量和硬件条件的限制，我们不可能面面俱到。

2 课程体系的设置与改革

（1）结合传统材料学科，研究整个教学体系中的课程、实验、设计和实习。对传统材料专业的基础课程进行了适当的增删，保留了材料科学基础、材料工程基础、材料近代研究方法等课程，删掉了材料性能学、金属热处理等课程，增加了固体物理、半导体物理、电介质物理、量子力学与统计物理等物理类课程。即教学中仅保留传统材料的通用理论基础知识，增加或强化了后续专业课程开设所必须的物理或化学知识。

（2）四川的产业特点决定了电子材料是以功能陶瓷及元器件为主，因此，我们在专业课程的设置和教学内容的选材上，对电子陶瓷材料与元器件方面有所侧重。《电子陶瓷工艺原理》作为专业必修课，涵盖了电子陶瓷的制备、成型、烧结工艺与原理以及表面和烧后的加工处理，得到了普遍的重视。为了提高理论水平和指导实践，还开设了以电子陶瓷结构与性能的关系为主要内容的电子陶瓷材料与元器件。同时，还开设了微电子封装技术、电子元器件概论、电子材料与元器件测试技术、电子元器件制造技术及工艺、集成电路设计与制造、集成电路CAD、微波技术等与元器件相关的专业课程。

同时，也应根据专业特色，加强教材建设，积极组织教师申报省级精品课程，并组织力量编写部级精品教材。

（3）在实验与实践环节上，注重培养学生分析问题和解决问题的能力以及工程意识，注重学生个性和创造性培养，对学生无论将来成为技术型还是研究型和学术型人才都十分重要。①我们加强实验室建设，结合课程和教师的科研方向，开设必要的实验与课程设计，建立长期稳定的校外实习基地。学生在这样的教学体系下，经过四年的学习，能够对电子材料和元器件的工艺工装设计、制备工艺、微观结构及物理化学性能等有一个全面的了解。

在学生课程学习过程中，结合教师科研方向指导学生利用课余时间进行科研训练是我们在实践环节（下转第51页）（上接第44页）的一大特色，也体现了高校的办学优势。同时，为了体现实验与实践环节的重要性，我们加大了实验课程的比重，并将绝大多数实验作为专业实验课程进行教学。我们还开放了实验室，采取研究生带动本科生、高年级学生带动低年级学生的方式，学生自由选择相关研究课题，在课余时间由专业教师指导，进行科研训练。实践证明，科研训练使学生科研水平有很大的提高，也取得了一定成果，多次在四川省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛上获奖。

为保障教学与实践的效果，我们加大了对材料学院实验中心的投入。首先，组织专业的教师队伍对设备的采购进行论证，以达到资源配置的最优化，并在这一原则下采购了一批大型精密仪器和相当一部分实用设备，建立起比较专业的制备实验室和测试实验室。其次，引进专业的实验人员对设备进行管理和维护，并制定和逐步完善实验室和人员管理的规章制度与考核制度，以保障实验中心稳定、规范、良好地运行。再次，我们本着优势互补的原则，利用社会资源和企业合作。一方面，企业可以作为实践教学基地，使我们的学生可以接触企业，了解最新的技术信息，进行生产实习，做到理论与实践的结合；另一方面,由于企业在测试与分析方面有一定的不足，我们可以为其提供此方面的技术支持，同时还能锻炼学生的动手能力和独立分析、解决问题的能力。最后，组织教师编写比较完善的实验、课程设计指导书，对学生进行相关指导。②

3 结束语

电子材料是材料科学与工程专业一个非常重要的方向，代表了一个国家科技、经济和军事的发展水平。在国内外众多高校纷纷开设电子材料方向的同时，西华大学材料学院也投入了相当的人力、物力和财力开设了此方向，并进行重点建设。虽然我们在综合优势上无法与一些重点大学相比，但是我们本着“服务地方，面向基层”的宗旨，并结合自身特点在教学和实践上办出了一些特色。凭借西部大开发的东风，我们一定会抓住四川省跨越式发展的契机，继续加大对电子材料专业方向的投入，争取在教学、实践中办出更多的特色，为四川省，以及西南地区，乃至全国培养出更多的电子材料人才，为我国的科技、经济、军事发展尽自己的一份力量。

基金项目：西华大学教育教学改革项目：材料科学与工程专业电子材料与元器件方向的课程设置及实践教学模式研究

注释

①周金运,胡义华,吴福根.电子科学技术本科专业课程设置改革的依据与实践. 广东工业大学学报(社会科学版),2003.3(2):42-44.

导电高分子材料的研究进展篇7

关键词： 高强高导；TiB2Cu基复合材料；研究现状；展望

中图分类号： TB331文献标识码： A

Research Situation and Prospects for High Strength and High

Electrical Conductivity TiB2Cu Matrix Composites

HE Daihua， LIU Ping， LIU Xinkuan， MA Fengcang， LI Wei，

CHEN Xiaohong， GUO Kuixuan， LIU Ting

（School of Materials Science and Engineering， University of Shanghai for

Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract： The TiB2Cu matrix composites with excellent performances of high strength and high electric conductivity have extensive application prospects.In the paper，we focus on the fabrication techniques of TiB2Cu matrix composites.The prospects for the composites are also presented.

Key words： high strength and high electric conductivity；TiB2Cu matrix composites；research situation；prospect

0前言

高强度导电材料在航空、航天、电工及电子等行业有着极为广泛的用途，如电车及电力火车架空导线、大容量触头开关、电阻焊电极、电触头、集成电路引线框架等，都需要既具有高导电导热性又具有高强度的耐热稳定性材料[1].铜基复合材料具有高耐热稳定性和高强高导的特点，克服了传统铜合金的某些不足，大大提高了使用温度范围，能较好地满足以上需求，因此，铜基复合材料近年来得到了较大的发展.

利用弥散耐热稳定性好的陶瓷粒子强化铜基体是一种很好的方法.其中TiB2陶瓷颗粒具有高熔点、高硬度、高弹性模量，耐磨性好，热膨胀系数较低和高导电导热等特性，同其他陶瓷增强材料相比，它使金属的导电率、热导率下降量较小，使得TiB2Cu基复合材料具有较高的导电率和高的软化温度，因而TiB2作为铜基增强相的研究，已成为复合材料研究领域的一大热点[23].TiB2Cu基复合材料既具有优良的导电性，又具有高的强度和优越的高温性能，被认为是极有发展潜力和应用前景的新型功能材料，已逐渐受到各国的高度重视[45].

TiB2增强铜基复合材料的力学性能，主要取决于铜基体、增强体的性能以及增强体与铜基体之间界面的特性.用于制备TiB2Cu基复合材料的传统方法，主要是非原位复合方式，即直接添加陶瓷强化粒子到熔融或粉末基体中，强化相与陶瓷金属基复合材料的合成不是同步完成.但外加的增强颗粒往往比较粗大，增强体与基体润湿性差，颗粒/基体界面反应始终是影响传统搅拌铸造和粉末冶金的技术难题[6].本文主要介绍了目前较有发展前途的、能使第二相弥散分布于基体中、甚至具有纳米级颗粒增强铜基复合材料的原位复合制备方法.

上海有色金属第34卷

第1期何代华，等：高强高导TiB2Cu基复合材料的研究现状及展望

1纳米级颗粒增强铜基复合材料的制备方法1.1机械合金化法

机械合金化法（MA）是Benjamin[7]等于20世纪60年代为解决TiB2Cu基复合材料中的浸润性问题而最先提出的，其原理是利用固态粉末直接形成合金的一种方法，后来为广大学者接受并广泛使用.

Biselli[7]等在1994年利用机械合金化法球磨Cu、Ti和B粉，经适当的热处理制取出TiB2Cu复合材料.X射线衍射和EDS分析表明，球磨粉只有加热到600℃附近才反应生成TiB2，到800℃附近反应完成.TEM观察发现，Cu5%（体积百分比）TiB2合金700℃挤压后在晶粒内部和晶界上分布有5～15 nm的TiB2粒子.球磨粉在退火初期，硬度不断增加，到600℃附近达峰值，这是由于Ti和B粉发生反应生成稳定的硼化物所致，更高温度时硬度稍有降低，但降幅很小.西安交通大学董仕节[89]等研究了烧结工艺和TiB2含量对TiB2增强铜基复合材料性能的影响.提出TiB2/Cu复合材料导电率定量计算公式如下[10]：σ=σ01-11+0.87/c（1）σ为铜基复合材料导电率，σ0为基体铜的导电率，c为TiB2体积含量.

李京徽[11]采用机械合金化方法，先球磨制备CuTiB2复合粉末，然后通过压制烧结方法制备CuTiB2复合材料.提出了机械合金化法制备CuTiB2复合材料的合理工艺是：球磨时间60 h，压制压力400 MPa，烧结温度900℃，保温时间2.5 h.

机械合金化法是在固态下实现合金化，不经过气相、液相，不受物质的蒸汽压、熔点等物理特性因素的制约，使过去用传统熔炼工艺难以实现的某些物质的合金化、远离热力学平衡的准稳态、非平衡态及新物质合成等成为可能；增强相与基体具有很好的结合性；增强相颗粒分布均匀，尺寸细小.唯一的缺点是制备过程中可能带入杂质，纯度不够高.

1.2自蔓延高温合成法

自蔓延高温合成法（SHS）是1967年由前苏联学者Merzhannov等发明的，是利用放热反应使混合体系的反应自发地持续进行，生成金属陶瓷或金属间化合物的一种方法.刘利[12]等采用自蔓延高温燃烧合成技术研究了材料体系对合成过程中产物特性（温度、燃烧速度及产物等）的影响.研究结果表明，在体系中添加一定的金属钼或铁，明显改善了体系的润湿性；钼或铁的加入使产物中金属分布更加均匀，大大降低了产物孔隙率.同时钼的加入还明显降低了晶粒尺寸.

SHS法制备金属基复合材料有生产过程简单、反应迅速、反应温度高以及易获得复杂相或亚稳定相和应用范围广等特点.但缺点是反应难以控制，产品空隙率高，难以获得高密度的产品，不能严格控制反应过程和产品的性能，所用原料往往可燃、易爆或有毒，需要采取特殊的安全措施.

1.3粉末冶金法

粉末冶金法是生产铜及铜基复合材料结构件、摩擦材料和高导电材料的重要方法[13].制备TiB2Cu一般采用直接混合法和包覆混合法制取[14].主要工艺过程包括：（1）制取复合粉末；（2）复合粉末成型；（3）复合粉末烧结.吴波[1516]等以Cu、Ti、B4C合金粉末为原料，制备了TiB2Cu复合材料，得出最佳工艺参数为：以TiB2理论生成量为5%（质量分数）配料，在800 MPa压力下对球磨后的合金粉末进行模压，在1 273℃经4.5 h保温烧结，经原位反应可获得TiB100弥散增强的铜基复合材料.试样的导电率为：20.2%IACS，硬度（HV）为161.张剑平[6]等采用粉末冶金法制备了TiB2Cu复合材料，研究了真空加热烧结和微波烧结两种不同烧结方式对该复合材料组织和性能的影响.

粉末冶金法是最早用来制造金属基复合材料的方法，虽然有很多优点，如可实现多种类型的复合，充分发挥各组分材料的特性，是一种低成本生产高性能复合材料的工艺技术.但由于基体和增强相在尺寸、形状和物理化学性能上有很多差别，提高TiB2增强相与铜基体的润湿性，提高基体与增强相之间的界面结合强度，从而提高复合材料的综合性能，将依然是TiB2Cu基复合材料的研究方向.

1.4喷射沉积法

喷射沉积法制备TiB2Cu基复合材料，主要包括传统喷射沉积法和反应喷射沉积法.传统喷射沉积法是熔炼好含反应元素的合金后再进行喷射沉积[17].此方法是在铜合金熔体内反应元素间发生化学反应生成弥散粒子，然后利用喷射沉积法使强化粒子均匀分布在铜基体内.反应喷射沉积法是利用液滴与反应气体、注入的粒子或不同合金的液滴间发生原位化学反应合成弥散强化铜合金[1819].在反应喷射沉积过程中，由于液滴的比表面积大和处在高温状态，能使反应元素间在液滴飞行过程中或在沉积后，能在铜基体内部原位合成细小的弥散强化相.喷射沉积法的优点主要是：晶粒细小，无宏观偏析、颗粒均匀分布于基体中；一次性快速复合成坯料，生产工艺简单，效率高.

2高强高导TiB2Cu基复合材料的研究展望随着复合材料技术的发展，原位复合法得到了迅速发展，该材料以其独特的优点，在高强高导电性TiB2Cu基复合材料的制备方面显示出巨大的应用潜力和良好的发展前景.高强度导电TiB2Cu基复合材料是综合性能优良的新兴材料，这类材料在现代国防和民用工业领域有着很大的应用潜力.自20世纪70年代以来，高强度导电铜基材料的开发研究一直非常活跃，除了开发出多种高强度导电铜基复合材料外，还派生和创造出许多新的制备技术，对此类材料的基础理论也开展了广泛的研究.现有的高强度导电TiB2Cu基材料的开发及制备技术还存在诸多难题，我国在这方面的研制与发达国家相比还存在较大差距.因此，借鉴国外经验，今后的研发工作主要着眼于以下几个方面：

（1） 对现有制备工艺的研究和改进.如在传统的粉末冶金法中引入由微波加热与基座辐射加热相结合的新型工艺；原位合成技术与粉末冶金技术的综合运用等，由单一的制备方法向几种工艺相复合的方向发展.

（2） TiB2增强相向超细化、纳米化方向发展.纳米增强相尺寸较小，容易聚集，所以可使纳米增强相的表面改性；TiB2纳米粒子与基体的界面相互作用机制，可优化界面结构，充分发挥界面的增强效应；纳米TiB2增强相在铜基体中更加均匀弥散地分布等是研究的热点.

（3） 增强相也由单一的TiB2颗粒向复合陶瓷颗粒方面发展.如增加TiB2和Al2O3两相颗粒进行复合增强.

（4） 充分发挥材料的设计自由性，探索高性能、低成本和容易大规模生产的TiB2Cu铜基复合材料的制备工艺，推进高强度导电材料的产业化应用，将成为今后研究的重要课题.

3结束语

基于TiB2Cu基复合材料优良的导电性、高强度和耐高温等一系列优异性能，今后围绕其导电性和强度展开研究仍是一个热点，进而简化工艺流程、降低生产成本，逐渐工业化也是今后的研究方向.特别是随着我国高铁系统的发展，TiB2Cu基复合材料的需求缺口很大，所带来的市场经济效益相当可观.

参考文献：

[1]Hysmans P.An initiation into copper master alloys[J].Metall，2000，54（4）：184185.

[2]Wu Y，Lavernia E J.Interaction mechanisms between ceramic particles and atomized metallic droplets[J].Metall Trans，1992，23A：29232937.

[3]Ye J，Ulrich S，Sell K，et al.Correlation between plasma particle fluxes，microstructure and propertied of titanium diboride thin films[J].Surface and Coatings Technology，2003，174/175：959963.

[4]雷静果，刘平，井晓天，等.高速铁路接触线用时效强化铜合金的发展[J].金属热处理，2005，30（3）：15.

[5]李周，郭明星，程建奕，等.原位复合法制备高强高导CuTiB2复合材料[J].金属热处理，2006，25（3）：5964.

[6]张剑平，艾云龙，左红艳，等.烧结方式对TiB2/Cu 复合材料组织和性能的影响[J].特种铸造及有色合金，2012，32（5）：469472.

[7]Biselli C，Morris D G，Randall N.Mechanical alloying of high strength copper aIloys containing TiB2 and A1203 dispersoid particles[J].Scr Metal Mater，1994，30（10）：13271332.

[8]董仕节，史耀武，雷永平.烧结工艺对TiB2增强铜基复合材料性能的影响[J].西安交通大学学报，2000，34（7）：7377.

[9]董仕节，史耀武，雷永平，等.TiB2含量对TiB2/Cu复合材料性能的影响[J].热加工工艺，2002，31（3）：4749.

[10]董仕节.点焊电极用TiB2增强铜基复合材料的研究[D].西安：西安交通大学，1999.

[11]李京徽.机械合金化制备CuTiB2复合材料的工艺及性能研究[D].合肥：合肥工业大学，2009.

[12]刘利，张金咏，傅正义.TiB2Cu体系的自蔓延高温合成及致密化[J].复合材料学报，2005，22（2）：98102.

[13]Kima C K，Lee S，Shin S Y，et al.Microstructure and mechanical properties of Cubase amorphous alloy matrix composites consolidated by spark plasma sintering[J].Materials Science and Engineering，2007，A44945l：924928.

[14]Yih P，Chung D D L.Titantum diboride coppermatrix composites[J].J Mater Sci，1997（32）：17031709.

[15]吴波.TiB2颗粒增强高强高导铜基复合材料研制[D].南昌：南昌大学，2008.

[16]吴波，张萌，张剑平，等.粉末冶金法与电弧熔炼法制备TiB2/Cu复合材料[J].热加工工艺，2008，37（22）：15.

[17]Lee J，Kim N J，Jung J Y，et al.The influence of reinforced particle fracture on strengthening of spray formed CuTiB2 composites[J].Scr Metal Mater，1998，39（8）：10631069.

[18]Lawley A.Spray forming of metalmatrix composites[J].Powder Metallurgy，1994，37（2）：123128.

导电高分子材料的研究进展篇8

随着塑料工业的快速发展，塑料产品已经广泛应用到人们的生活当中，给人类带来了许多的便利，与此同时，由于人们对其大量需求致使废弃物中的塑料越来越多，这对生态环境造成了严重的污染。因而，现在许多科学家都在寻找新的环境友好型材料。其中生物可降解高分子材料就属于环境友好型材料，这其中最受人们关注的就是聚乳酸（PLA），具有良好的生物降解性，在微生物作用下分解为二氧化碳和水，对环境不会造成危害。人们之所以选择聚乳酸作为环境友好型材料来研究，是因为聚乳酸具有强度高，透明性好，生物相容性好等优点，可以应用于很多领域，包括医用、包装、纺织等。但是由于其结晶性能差，脆性大等缺点，使其在某些性能方面存在严重的不足，这就严重限制了聚乳酸的应用[1]。为了使聚乳酸能够更好的应用到各个领域，研究者们对其进行表面改性，使其性能得到改善，能够得到更好的应用。

1.生物可降解高分子材料

生物可降解高分子材料是环境友好型材料中最重要的一类。它是指在一定条件下，一定的时间内，能被细菌、真菌、霉菌、藻类等微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的一类高分子材料。由于其具有无毒、生物降解及良好的生物相容性等优点，生物降解高分子被广泛应用于医药、一次性用品、农业、包装卫生等领域。按照来源的不同，可将其分为天然可降解高分子和人工合成可降解高分子两大类。

天然可降解高分子：有淀粉、纤维素、蛋白质等，这类高分子可以自然生长，并且降解后的产物没有毒性，但是这类高分子大多不具备热塑性，加工起来困难，因此不常单独使用，只能与其它高分子材料掺混使用。

人工合成可降解高分子：有聚乳酸、聚己内酯、聚乙烯醇、聚己二酸乙二酯等。这类聚酯的主链大多为脂肪族结构单元，通过酯键相连接，主链比较柔软，容易被自然界中微生物分解。与天然可降解高分子材料相比较，人工合成可降解高分子材料可以在合成时通过控制温度等条件得到不同结构的产物，从而对材料物理性能进行调控，并且还可以通过化学或物理的方法进行改性[2]。

在以上众多的天然可降解高分子材料和人工合成可降解高分子材料中，天然可降解高分子材料加工困难，成本高，不被人们选中，因此，人们把目光集中在了人工合成可降解高分子材料中，这其中聚乳酸具有其良好的生物相容性、生物可降解性、优异的力学强度和刚性等性能，在诸多人工合成可降解高分子材料中脱颖而出，被人们所选中。

2. 聚乳酸材料

在人工合成可降解高分子材料中，聚乳酸是近年来最受研究者们关注的一种。它是一种生物可降解的热塑性脂肪族聚酯，是一种无毒、无刺激性，具有良好生物相容性、强度高、可塑性加工成型的生物降解高分子材料。合成聚乳酸的原料可以通过发酵玉米等粮食作物获得，因此它的合成是一个低能耗的过程。废弃的聚乳酸可以自行降解成二氧化碳和水，而且降解产物经光合作用后可再形成淀粉等物质，可以再次成为合成聚乳酸的原料，从而实现碳循环[3]。因此，聚乳酸是一种完全具备可持续发展特性的高分子材料，在生物可降解高分子材料中占有重要地位。迄今为止，学者们对聚乳酸的合成、性质、改性等方面进行了深入的研究。

2.1聚乳酸的合成

聚乳酸以微生物发酵产物-乳酸为单体进行化学合成的，由于乳酸是手性分子，所以有两种立体结构。

聚乳酸的合成方法有两种；一种是通过乳酸直接缩合；另一种是先将乳酸单体脱水环化合成丙交酯，然后丙交酯开环聚合得到聚乳酸[4]。

2.1.1直接缩合[4]

直接合成法采用高效脱水剂和催化剂使乳酸低聚物分子间脱水缩合成聚乳酸，是直接合成过程，但是缩聚反应是可逆反应，很难保证反应正向进行，因此不易得到高分子量的聚乳酸。但是工艺简单，与开环聚合物相比具有成本优势。因此目前仍然有大量围绕直接合成法生产工艺的研究工作，而研究重点集中在高效催化剂的开发和催化工艺的优化上。目前通过直接聚合法已经可以制备具有较高分子量的聚乳酸，但与开环聚合相比，得到的聚乳酸分子量仍然偏低，而且分子量和分子量分布控制较难。

2.1.2丙交酯开环缩合[4]

丙交酯的开环聚合是迄今为止研究较多的一种聚乳酸合成方法。这种聚合方法很容易实现，并且制得的聚乳酸分子量很大。根据其所用的催化剂不同，有阳离子开环聚合、阴离子开环聚合和配位聚合三种形式。（1）阳离子开环聚合只有在少数极强或是碳鎓离子供体时才能够引发，并且阳离子开环聚合多为本体聚合体系，反应温度高，引发剂用量大，因此这种聚合方法吸引力不高；（2）阴离子开环聚合的引发剂主要为碱金属化合物。反应速度快，活性高，可以进行溶液和本体聚合。但是这种聚合很难制备高分子量的聚乳酸；（3）配位开环聚合是目前研究最深的，也是应用最广的。反应所用的催化剂主要为过渡金属的氧化物和有机物，其特点为单体转化率高，副反应少，易于制备高分子量的聚乳酸。但是开环聚合有一个缺点，所使用的催化剂有一定的毒性，所以目前寻找生物安全性高的催化剂成为配位开环聚合研究的重要方向。

2.2聚乳酸的性质

由于乳酸单体具有旋光性，因此合成的聚乳酸具有三种立体构型：左旋聚乳酸（PLLA）、右旋聚乳酸（PDLA）和消旋聚乳酸（PDLLA）。其中PLLA和PDLLA是目前最常用，也是最容易制备的。PLLA是半结晶型聚合物，具有良好的强度和刚性，但是其缺点是抗冲击性能差，易脆性断裂。而PDLLA是无定形的透明材料，力学性能较差[5]。

虽然聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可降解性、优异的力学强度和阻隔性，但是聚乳酸作为材料使用时有明显的不足之处；韧性较差并且极易弯曲变形，结晶度高，降解周期难以控制，热稳定性差，受热易分解，价格昂贵等。这些缺点严重限制了聚乳酸的应用与发展[6]。因此，针对聚乳酸树脂原料进行改性成为聚乳酸材料在加工和应用之前必不可少的一道工序。

2.3聚乳酸的改性

针对聚乳酸的以上缺点，研究者们对其进行了增韧改性、增强改性和耐热改性，用以改善聚乳酸的韧性和抗弯曲变形能力，提高热稳定性，进一步增强聚乳酸材料。

2.3.1增韧改性

在常温下聚乳酸是一种硬而脆的材料，在用于对材料要求高的领域，需要对其进行增韧改性。增韧改性主要分为共混和共聚两种方法。但是由于共聚法在聚乳酸的聚合过程中工艺比较复杂，并且生产成本高，因此在实际工业生产中，主要用共混法来改善聚乳酸的韧性。共混法是将两种或两种以上的聚合物进行混合，通过聚合物各组分性能的复合达到改性目的[7]。为了拓展聚乳酸材料在工程领域的用途，研究者们常采用将聚乳酸与其它高聚物共混，这样一方面能够改善聚乳酸的力学性能和成型加工性能，另一方面也为获得新型的高性能高分子共混材料提供了有效途径。

增韧改性所用的共混法工艺比较简便，成本相应低一些，在实际工业生产中更加实用。不过受到聚乳酸本身的硬质和高模量限制，共混法改性目前主要方向为增韧、调控亲水性和降解能力。

2.3.2增强改性

聚乳酸本身为线型聚合物，分子链中长支链比较少，这就使聚乳酸材料的强度在一些场合满足不了使用的要求。因此要对其进行增强改性，使其强度达到要求。目前主要采用了玻璃纤维增强、天然纤维增强、纳米复合和填充增强等技术来对聚乳酸进行改性，用以提高聚乳酸材料的力学性能[7]。

目前，植物纤维和玻璃纤维对增强聚乳酸的力学性能效果相差不大，但是植物纤维价格低廉，并且对环境友好，因而成为对聚乳酸进行增强改性的常见材料。而填充增强引入了与聚合物基体性质完全不同的无机组分并且综合性能提升明显，因此受到广泛的关注。这其中，以纳米填充最有成效，填充后可以全面提升聚乳酸的热稳定性、力学强度、气体阻隔性、阻燃性等多种性能。此外，聚乳酸具有生物相容性和可降解的特性，因此用做人体骨骼移植、骨骼连接销钉等医学材料。

2.3.3耐热改性

耐热性差是生物降解高分子材料共有的缺点。聚乳酸的熔点比较低，因此它在高温高剪切作用下易发生热降解，导致分子链断裂，分子量降低，成型制品性能下降。因此需要对聚乳酸进行耐热改性，用以提高其加工性能，通常采用严格干燥、纯化和封端基等方式提高其热稳定性[8]。目前，添加抗氧剂是提高聚合物耐热性的常用方法，除了采用添加改性或与其它树脂共混改性来提高聚乳酸耐热性，还可以通过拉伸并热定型的方法提高聚乳酸的耐热性，与此同时，还可以改善其聚乳酸复合材料韧性和强度。在纺织、包装业等领域有很好的应用。

从上述几种改性结果来看，与聚乳酸相比，改性后的聚乳酸复合材料综合性能等方面都得到了全面的提升，在医学、纺织、包装业等领域都得到了很好的应用。因此，聚乳酸复合材料得到了人们的喜爱与关注，并逐渐将人们的生活与之紧紧联系在了一起。成为国内外研究者所要研究的重点对象。

3.聚乳酸复合材料及研究进展

3.1聚乳酸复合材料

经过改性剂改性过的聚乳酸复合材料是一种新型复合材料，它是以聚乳酸为基体，在其中加入改性剂混合用各种方式复合而成的。同时它具备与聚乳酸相同的无毒、无刺激性、良好的生物相容性等性质，但是在性能方面要都优于聚乳酸。聚乳酸复合材料在柔顺性、伸长率、力学、电、热稳定性等方面都表现出了优异的性能，目前已经将其应用与医学、农业、纺织、包装业和组织工程等[9]领域，应用非常广泛。

聚乳酸复合材料可以在微生物的作用下分解为二氧化碳和水，对环境不会造成任何的危害，加上其在各个方面都具有优异的性能，可以用于各个领域。因此成为了新一代的环境友好型材料被国内外的研究者们广泛关注。目前，就聚乳酸复合材料的研究，国内外研究者们都取得了一定的成果和进展。

3.2聚乳酸复合材料研究进展

由于聚乳酸作为生物相容，可降解环境友好材料，存在着结晶速度慢、结晶度低、脆性大等缺陷，将需要与具有优异导电、导热、力学性能，生物相容性等优点的填料复合进行填充改性[10]。这个方法成为目前国内外研究的重点。对于聚乳酸复合材料的研究以下是国内外研究者的研究进展。

盛春英[1]通过溶液共混法制备了聚乳酸/碳纳米管复合物，用红外光谱和DSC研究了复合材料的等温结晶和非等温结晶性能，重点研究了CNTs的种类、管径、管长、质量分数以及聚乳酸分子量对复合物结晶性能的影响，以及等温结晶对复合材料拉伸性能的影响。

范丽园[2]将左旋聚乳酸和纳米羟基磷灰石用含有亲水基团的JMXRJ改性剂，通过溶液共混法，加强两者亲水性能和结合能力。以碳纤维为增强体，制备出碳纤维增强改性PLLA基复合材料。并分析其化学结构、结晶行为、热性能以及等温结晶时晶球变化。

张东飞等[3]人介绍了碳纳米管制备的三种方法，即石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法，并阐述了碳纳米管导热基本机理，对碳纳米管应用于复合材料热传导性能进行了研究与展望。

赵媛媛[4]采用溶液超声法，选用多壁碳纳米管作为填充物，制备聚乳酸/碳纳米管复合材料，并对其进行改性研究。以碳纳米管化学修饰及百分含量的变化对其在PLLA基体中的分散性、形态、结晶行为、力学性能和水解行为的影响为主要研究对象。

张凯[5]通过对有效的碳纳米管分布对复合材料的导电性能进行研究。并重点从形态调控角度，调节碳纳米管在高分子基体中的有效分布，构建了高效的导电网络。并从晶体排斥、相态演变、隔离的角度，设计三种不同形态的导电聚乳酸/复合材料，降低了材料的导电逾渗值。

冯江涛[6]通过采用混酸处理、表面活性剂修饰和表面接枝三种方法对对碳纳米管表面进行修饰，利用溶剂蒸发法制备聚乳酸/碳纳米管复合材料，采用红外吸收光谱、拉曼光谱、偏光显微镜、透射电镜、扫描电镜、差示扫描量热分析仪对复合材料的表面形貌和结构进行了分析和总结。

李艳丽[7]通过混合强酸酸化与马来酸酐接枝相结合，对碳纳米管表面修饰，增强了碳纳米管与聚乳酸之间的界面相互作用，获得了碳纳米管分散均匀的聚乳酸/碳纳米管纳米复合材料。并且研究不同条件下碳纳米管对聚乳酸结晶行为的影响，发现碳纳米管对聚乳酸的结晶有明显的异相成核作用。

许孔力等[8]人通过溶液复合的方法制备聚乳酸/碳纳米管复合材料，并对其力学性能和电学性能进行了详细的研究，而且对复合材料的应用前景进行了展望。

李玉[9]通过将聚乳酸与具有优异导电、导热、力学性能、生物相容性的碳基纳米填料进行填充改性。考察了静电纺丝参数对聚乳酸纤维的形貌影响，并且考察了不同含量的碳纳米管对复合纤维形貌和结构的影响。此外，还对静电纺丝和溶液涂膜制备工艺对复合材料性能影响。

赵学文[10]通过将碳纳米粒子引入聚合物共混体系实现了复合材料的功能化与高性能化。并且他们提出一种基于反应性碳纳米粒子的热力学相容策略，有效的提高了不相容共混物的界面粘附力，增强了材料的力学性能，同时赋予了导电等功能。

Mosab Kaseem等[11]人通过热、机械、电气和流变性质对聚乳酸基质中碳纳米管的类型、纵横比、负载、分散状态和排列的依赖性。对不同性能的研究表明，碳纳米管添加剂可以提高聚乳酸复合材料的性能。

Mainak Majumder等[12]人通过对聚乳酸/碳纳米管复合材料制备和表征方面的研究，

综述有关碳纳米管在聚乳酸基质中分散的有效参数。并且将聚乳酸与不同材料结合用来改变其性能。

Wenjing Zhang等[13]人通过溶液共混制备了一系列PLLA/碳纳米管复合材料。测试了形态，机械性能和电性能。通过研究发现随着碳纳米管含量达到其渗透阈值，PLLA/碳纳米管复合材料的体积电阻降低了十个数量级。通过光学显微镜图像显示了纳米复合材料的球晶形态，用差示扫描量热法（DSC）测量，其结果显示，随着碳纳米管含量的增加，冷结晶温度升高。

Eric D等[14]人通过研究在半结晶聚合物碳纳米管复合材料中，碳纳米管被视为可以影响聚合物结晶的成核剂。但是，由于碳纳米管的复杂性。不同的手性，直径，表面官能团，使用的表面活性剂和样品制备过程可能会影响复合材料结晶。研究了半晶复合材料的结构，形态和相关应用。简要介绍聚合物中的结晶和线性成核。使用溶液结晶方法揭示了界面结构和形态。

Kandadai等[15]人通过拉曼光谱分析表明PLLA和碳纳米管之间的相互作用主要通过疏水的C-CH3官能团发生。复合材料的直流电导率随碳纳米管负载的增加而增加。导电的碳纳米管增强的生物相容性聚合物复合材料可以潜在地用作新一代植入物材料，从而刺激细胞生长和通过促进物理电信号传递来使组织再生。

从以上国内外研究者的研究进展中，可以看到，大部分的研究者都是通过溶液共混的方法制备聚乳酸复合材料，这种方法对于国内外的研究者们来说比较简便可靠。并且他们将制备好后的聚乳酸复合材料通过红外光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差示扫描量热、拉曼光谱和偏光显微镜等手段进行其结构和性能的观察和分析，发现聚乳酸复合材料的性能在各个方面都有显著的提高，并且可以应用与各个领域，应用前景非常广阔。聚乳酸复合材料作为新一代性能全面的环境友好型材料，国内外的研究者们对聚乳酸复合材料的研究还在进行着，并且对于它的发展都有很高的期待。

4.本课题的研究思路及研究内容

4.1 研究思路

聚乳酸作为可降解生物材料，同时又具有生物相容性，力学性能好等优点。碳纳米管则具有良好的生物相容性，功能性等优点。将两种材料复合可以进一步改善聚乳酸结晶性能、力学性能、赋予其导电性。

对于聚乳酸/碳纳米管复合材料的制备可以通过共混法、原位聚合及静电纺丝法来制备，目前通常采用溶剂挥发法制备聚乳酸/碳纳米管复合材料。通过拉曼光谱、电子能谱、扫描电子显微镜、示差扫描量热来测定其结合能、材料表面形貌以及结晶、熔融温度等方面进行观察分析。

4.2 研究内容