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摘 要： 导电聚合物是近几十年发展起来的新材料，由于其具有诸多优良性质，因而具有实际应用价值和广泛应用前景，系统介绍导电聚合物的发展沿革，分类，性能与应用，并对其将来的发展方向进行展望。
关键词： 导电聚合物；性质；应用前景；发展方向
中图分类号：TB333 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1020023－01
0 引言
大多数聚合物是绝缘体，金属是导体，但近几十年却发展了兼有聚合物和金属双重性能的新材料，即导电聚合物[1]。导电聚合物（conducting
polymer）又称导电高分子，是指电导率在半导体和导体范围内的聚合物。导电聚合物不仅具有较高的电导率，还具有光导电性、磁性等其他性能，所以导电聚合物在诸多领域都有广泛的应用价值。本文对导电聚合物领域的历史背景、目前现状进行了归纳总结，并提出了自己的看法，预测了这个学科领域的发展方向。
1 发展沿革
导电聚合物出现在上世纪七十年代，1977年聚乙炔的导电现象被发现，当时筑波大学的白川与宾夕法尼亚大学的MacDiarmid等人合作，发现用碘或五氟化砷掺杂聚乙炔，将电导率提高了12个数量级，达到102s/cm的程度，这在世界范围内引发了导电聚合物的研究热潮。在其后很短的时间内，聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等导电高分子聚合物也被相继地开发出来[2]。关于这些聚合物的各类衍生物的研究又将这个领域的深度和广度大幅延伸。各种导电聚合物的制备方法也有了很大进展，如聚苯胺可以有化学氧化聚合、电化学聚合、乳液聚合及沉淀聚合等多种聚合方法[3]。同时，“掺杂”方法不断取得关键性突破，导电聚合物的应用领域也不断得到扩大[4]。2000年，诺贝尔化学奖颁发给了常年在导电聚合物领域从事研究工作的三个科学家马克迪尔米德、黑格和白川英树，他们的工作使得共轭聚合物电致发光器件已经接近实用水平，这使得一度陷入低谷的导电聚合物研究重新走到了科学研究的前沿。
2 导电聚合物的分类
导电高分子可以分为两大类：
1）复合型，即以聚合物为基质，与淀粉或纤维状金属、石墨等导电组份复合而成，可以配制成塑料、橡胶、涂料、粘结剂等导电产品，这一类已经在广泛应用。
2）结构型，即特殊结构的高分子本身就具有导电性，这一类是目前国际前沿研究课题，部分正处在应用的进程中。
材料的宏观导电性是由物质中的微观自由电荷迁移引起的，自由电荷通常称为载流子，载流子可以是电子或空穴，也可以是正、负离子，相应产生电子导电和离子导电，导电高分子也就可以分为这两类。
3 导电聚合物的性能与应用
自1970年代聚乙炔被作为首次发现的导电聚合物被报导以来，不断有新的导电高聚物相继被开发出来，常见的有：聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双炔等。导电聚合物不仅具有较高的电导率，而且具有光导电性质、非线性光学性质、发光、氧化还原性能、掺杂-反掺杂性能和磁性能等，它的柔韧性好，生产成本低廉。导电聚合物不仅在工业生产方面具有应用价值，而且在日常民用方面也具有广泛应用前景[5]。
透明导电材料的电导率可通过选择不同的掺杂剂、溶剂、掺杂方法及掺杂率来控制。因此可以被用于透明电极和发光二极管、印刷线路板等领域。劳斯阿拉莫斯国家实验室将导电高分子如聚吡咯或聚苯胺沉淀在绝缘的印刷线路孔的内壁上，继而通过电化学法将铜镀在导电高分子层上，这作为在绝缘体基底上镀金属的新方法改善了传统印刷电路板工业镀铜工艺过程复杂，成本高，及污染环境的缺点。
导电聚合物的防静电特性可用于电磁屏蔽。导电聚合物在电磁屏蔽方面具有与传统的电磁屏蔽材料如铜或铝箔等几乎同样的屏蔽效率，还具有有成本低、重量轻等优点，可制成大面积器件。可以用在诸如手机、电视机、电脑、计算机房和心脏起搏器上。
导电高分子的掺杂-反掺杂性能使之可以被用于催化剂载体、气体分离膜、导电高分子传感器等领域。将聚吡咯通过电化学方法固定在葡萄糖氧化酶上就制成了传感器可以检测葡萄糖浓度。葡萄糖氧化酶使葡萄糖氧化分解产生的过氧化氢可以掺杂聚吡咯，提高聚吡咯膜的电导率。因而，通过检测聚吡咯膜电导率的变化，就可以测定葡萄糖浓度。
导电高分子的氧化还原性能使之可以被用于贵金属回收、金属防腐蚀及电极材料等领域。以导电高分子材料作电极的蓄电池，具有较高的容量、能量密度和充电效率，因此具有很好的应用前景，但其充放电稳定性方面的缺点还有待改进。
电致发光聚合物作为第二代导电高分子材料已经得到深入研究。1990年，首例共轭高分子电致发光材料PPV被用做单半导体层，不久将会出现用做照明的电致发光塑料。
有些导电聚合物具有光导性，即在光的作用下，能引起光生载流子的形成和迁移，利用这一特性可以进行信息处理如静电复印和全息照相，也可以用于光电转换如太阳能电池。
4 总结与展望
综上所述，本文对导电高分子学科的基本概念进行了阐述，对其发展历史，材料性质的分类，以及这门学科的目前现状，最新的发展水平，发展动态进行了归纳总结。
当然，目前的导电高分子材料还具有诸多不如人意的地方需要改进，比如聚乙炔，它的导电性好，可以用来制成充电电池，但它最大的弱点是它在空气中不稳定，被氧化导致电导率急剧降低，可以考虑用硫或NH取代聚乙炔的氢结构，使之变的更加稳定。还有聚苯胺，虽然具有具有物理化学性能优异、结构多样、空气中稳定等特点，能够使得它在二次钮扣电池和电致变色等方面有着不错的前景，但是加工性能、溶解性能、物理力学性能差等问题极大的限制了聚苯胺的应用与发展[6]，基于这种情况，我们可以对聚苯胺的结构进行改性和修饰以改善以上缺陷，这个可以作为聚苯胺研究的主要方向。
基于对这门学科的认识，我认为将来导电高分子学科的发展方向或研究热点会集中在以下几个方面：
1）聚合物驻极体具有储存电荷能力强，频率响应范围宽，容易制成柔性薄膜等性质，具有很大的发展潜力。
2）导电高聚物的非线性光学系数大，响应速度快。非线性光学材料具有波长变换、增大振幅和开关记忆等功能，因此导电聚合物可作为信息处理和光计算基本元件而受到重视。
3）通过复合使导电高分子材料多功能化，除具有导电性能外，还应具有优良的阻燃性、阻隔性、成型加工性能、力学性能、耐腐蚀、耐高温等性能。
4）随着对生命科学领域研究的深入，科学家们取得了一些成果，比如DNA的导电性和氧化还原蛋白质的存在的发现，蛋白质内部的电子转移机理的创建等。人们发现导电聚合物可以被用于生命科学领域，制造人造肌肉和人造神经，这一导电聚合物应用上的重大突破，势必会吸引科学家们的瞩目，将精力投入到这一领域。
5）开发导电聚合物材料的新品种以满足不同领域的应用需要。
参考文献：
[1]万梅香，导电高分子[J].高分子通报，1999.3.
[2]马金库、周馨我、倪基华，一些导电高分子研究的新进展[J].材料导报，1994.3.
[3]Malinauskas A，Chemical deposition of conducting polymers[J].
Polymer，2001，42（9）：3957-3972.
[4]何莉、刘军、沈强、张联盟，导电高分子的应用[J].化学试剂，2003.3.
[5]张文根、张学英，导电高分子的应用展望[J].上海化工，2001.7.
[6]董鑫，导电高分子聚苯胺及其复合研究进展[J].中国新技术新产品，2008.15.
作者简介：
杨钊（1984-），男，汉族，河北保定人，在读硕士，电子科技大学，应用化学专业，研究方向：高分子材料。
关键词： 导电聚合物；性质；应用前景；发展方向
中图分类号：TB333 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1020023－01
0 引言
大多数聚合物是绝缘体，金属是导体，但近几十年却发展了兼有聚合物和金属双重性能的新材料，即导电聚合物[1]。导电聚合物（conducting
polymer）又称导电高分子，是指电导率在半导体和导体范围内的聚合物。导电聚合物不仅具有较高的电导率，还具有光导电性、磁性等其他性能，所以导电聚合物在诸多领域都有广泛的应用价值。本文对导电聚合物领域的历史背景、目前现状进行了归纳总结，并提出了自己的看法，预测了这个学科领域的发展方向。
1 发展沿革
导电聚合物出现在上世纪七十年代，1977年聚乙炔的导电现象被发现，当时筑波大学的白川与宾夕法尼亚大学的MacDiarmid等人合作，发现用碘或五氟化砷掺杂聚乙炔，将电导率提高了12个数量级，达到102s/cm的程度，这在世界范围内引发了导电聚合物的研究热潮。在其后很短的时间内，聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等导电高分子聚合物也被相继地开发出来[2]。关于这些聚合物的各类衍生物的研究又将这个领域的深度和广度大幅延伸。各种导电聚合物的制备方法也有了很大进展，如聚苯胺可以有化学氧化聚合、电化学聚合、乳液聚合及沉淀聚合等多种聚合方法[3]。同时，“掺杂”方法不断取得关键性突破，导电聚合物的应用领域也不断得到扩大[4]。2000年，诺贝尔化学奖颁发给了常年在导电聚合物领域从事研究工作的三个科学家马克迪尔米德、黑格和白川英树，他们的工作使得共轭聚合物电致发光器件已经接近实用水平，这使得一度陷入低谷的导电聚合物研究重新走到了科学研究的前沿。
2 导电聚合物的分类
导电高分子可以分为两大类：
1）复合型，即以聚合物为基质，与淀粉或纤维状金属、石墨等导电组份复合而成，可以配制成塑料、橡胶、涂料、粘结剂等导电产品，这一类已经在广泛应用。
2）结构型，即特殊结构的高分子本身就具有导电性，这一类是目前国际前沿研究课题，部分正处在应用的进程中。
材料的宏观导电性是由物质中的微观自由电荷迁移引起的，自由电荷通常称为载流子，载流子可以是电子或空穴，也可以是正、负离子，相应产生电子导电和离子导电，导电高分子也就可以分为这两类。
3 导电聚合物的性能与应用
自1970年代聚乙炔被作为首次发现的导电聚合物被报导以来，不断有新的导电高聚物相继被开发出来，常见的有：聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双炔等。导电聚合物不仅具有较高的电导率，而且具有光导电性质、非线性光学性质、发光、氧化还原性能、掺杂-反掺杂性能和磁性能等，它的柔韧性好，生产成本低廉。导电聚合物不仅在工业生产方面具有应用价值，而且在日常民用方面也具有广泛应用前景[5]。
透明导电材料的电导率可通过选择不同的掺杂剂、溶剂、掺杂方法及掺杂率来控制。因此可以被用于透明电极和发光二极管、印刷线路板等领域。劳斯阿拉莫斯国家实验室将导电高分子如聚吡咯或聚苯胺沉淀在绝缘的印刷线路孔的内壁上，继而通过电化学法将铜镀在导电高分子层上，这作为在绝缘体基底上镀金属的新方法改善了传统印刷电路板工业镀铜工艺过程复杂，成本高，及污染环境的缺点。
导电聚合物的防静电特性可用于电磁屏蔽。导电聚合物在电磁屏蔽方面具有与传统的电磁屏蔽材料如铜或铝箔等几乎同样的屏蔽效率，还具有有成本低、重量轻等优点，可制成大面积器件。可以用在诸如手机、电视机、电脑、计算机房和心脏起搏器上。
导电高分子的掺杂-反掺杂性能使之可以被用于催化剂载体、气体分离膜、导电高分子传感器等领域。将聚吡咯通过电化学方法固定在葡萄糖氧化酶上就制成了传感器可以检测葡萄糖浓度。葡萄糖氧化酶使葡萄糖氧化分解产生的过氧化氢可以掺杂聚吡咯，提高聚吡咯膜的电导率。因而，通过检测聚吡咯膜电导率的变化，就可以测定葡萄糖浓度。
导电高分子的氧化还原性能使之可以被用于贵金属回收、金属防腐蚀及电极材料等领域。以导电高分子材料作电极的蓄电池，具有较高的容量、能量密度和充电效率，因此具有很好的应用前景，但其充放电稳定性方面的缺点还有待改进。
电致发光聚合物作为第二代导电高分子材料已经得到深入研究。1990年，首例共轭高分子电致发光材料PPV被用做单半导体层，不久将会出现用做照明的电致发光塑料。
有些导电聚合物具有光导性，即在光的作用下，能引起光生载流子的形成和迁移，利用这一特性可以进行信息处理如静电复印和全息照相，也可以用于光电转换如太阳能电池。
4 总结与展望
综上所述，本文对导电高分子学科的基本概念进行了阐述，对其发展历史，材料性质的分类，以及这门学科的目前现状，最新的发展水平，发展动态进行了归纳总结。
当然，目前的导电高分子材料还具有诸多不如人意的地方需要改进，比如聚乙炔，它的导电性好，可以用来制成充电电池，但它最大的弱点是它在空气中不稳定，被氧化导致电导率急剧降低，可以考虑用硫或NH取代聚乙炔的氢结构，使之变的更加稳定。还有聚苯胺，虽然具有具有物理化学性能优异、结构多样、空气中稳定等特点，能够使得它在二次钮扣电池和电致变色等方面有着不错的前景，但是加工性能、溶解性能、物理力学性能差等问题极大的限制了聚苯胺的应用与发展[6]，基于这种情况，我们可以对聚苯胺的结构进行改性和修饰以改善以上缺陷，这个可以作为聚苯胺研究的主要方向。
基于对这门学科的认识，我认为将来导电高分子学科的发展方向或研究热点会集中在以下几个方面：
1）聚合物驻极体具有储存电荷能力强，频率响应范围宽，容易制成柔性薄膜等性质，具有很大的发展潜力。
2）导电高聚物的非线性光学系数大，响应速度快。非线性光学材料具有波长变换、增大振幅和开关记忆等功能，因此导电聚合物可作为信息处理和光计算基本元件而受到重视。
3）通过复合使导电高分子材料多功能化，除具有导电性能外，还应具有优良的阻燃性、阻隔性、成型加工性能、力学性能、耐腐蚀、耐高温等性能。
4）随着对生命科学领域研究的深入，科学家们取得了一些成果，比如DNA的导电性和氧化还原蛋白质的存在的发现，蛋白质内部的电子转移机理的创建等。人们发现导电聚合物可以被用于生命科学领域，制造人造肌肉和人造神经，这一导电聚合物应用上的重大突破，势必会吸引科学家们的瞩目，将精力投入到这一领域。
5）开发导电聚合物材料的新品种以满足不同领域的应用需要。
参考文献：
[1]万梅香，导电高分子[J].高分子通报，1999.3.
[2]马金库、周馨我、倪基华，一些导电高分子研究的新进展[J].材料导报，1994.3.
[3]Malinauskas A，Chemical deposition of conducting polymers[J].
Polymer，2001，42（9）：3957-3972.
[4]何莉、刘军、沈强、张联盟，导电高分子的应用[J].化学试剂，2003.3.
[5]张文根、张学英，导电高分子的应用展望[J].上海化工，2001.7.
[6]董鑫，导电高分子聚苯胺及其复合研究进展[J].中国新技术新产品，2008.15.
作者简介：
杨钊（1984-），男，汉族，河北保定人，在读硕士，电子科技大学，应用化学专业，研究方向：高分子材料。