碳系复合导电高分子材料

复合型导电高分子是由导电性材料与非导电的高分子材料复合而成的一种高分子导体。复合方法可以是在高分子材料内部添加导电性材料粉末或者纤维等，也可以是在非导电基质上形成导电表面层而构成高分子导体。

复合型导电高分子导电材料有很多种分类方法，根据其填料不同可分为碳系、金属系、金属氧化物系。其中碳系又包括炭黑填充型、石墨填充型、碳纳米管填充型 。接下来我们将简单介绍碳系复合导电高分子材料。

No.1

炭黑填充型

炭黑就目前来说依然是最火热的填充材料，因为它价格便宜，导电性能较其他填料更好更稳定，资源也更加充足。并且炭黑填充型可以将复合导电材料的电导率进行大幅的调整。影响其导电性的有结构性、粒子尺寸分布和表面化学性质等化学性质。

例如，超导炭黑填料的导电聚氨酯弹体的导电性相对于其他的碳系填料具有更优越的导电性能，而且渗滤值也比其他的填料下降的要多。

高密度聚乙烯的导电性能会随着炭黑的量提高而提高，但是其冲击强度会同时下降。炭黑在基体为高密度聚乙烯的临界浓度在 9%附近，在临界浓度附近，其浓度会对高密度聚乙烯的导电性能的影响会比较明显。将炭黑填充尼龙 －6 两相复合，当逾渗阈值小于 15% 时，炭黑的填充对于尼龙 －6 两相复合材料有一定的增强作用。在逾渗阈值不超过 20%的情况下。随着炭黑含量的增加，其复合材料的弯曲强度和弯曲模量也会同时提高。

超导电炭黑图片

No.2

石墨填充型

膨化石墨、膨胀石墨、天然鳞片石墨填充低密度聚乙烯，均可改善复合导电材料的导电性能，其中天然鳞片石墨最弱，膨化石墨最强。复合导电填料的体积电阻率会随着填料的量增加而减小。将聚苯乙烯作为基体，将膨胀石墨作为导电填料，随着填料量的增加，复合导电材料的导电性能逐渐提高。在膨胀石墨含量较低时，膨胀石墨量越多，材料拉伸强度越小，冲击强度越大，膨胀石墨含量达到渗滤阈值之后，膨胀石墨量越多，材料拉伸强度慢慢升高，冲击强度慢慢降低。

氧化石墨烯具有液晶性，并利用它这种特性制备了纯石墨烯纤维。给予导电高分子或者化学修饰石墨烯的超级电容器具有高的面积比容量，超快速充放电性能和优异的电化学稳定性 。在水热条件下用氧化石墨烯作为氧化剂，引发苯胺单体聚合，并且氧化石墨烯还原为石墨烯，制备聚苯胺/石墨烯复合材料。这种复合材料是一种比电容很高的电极材料。

聚苯胺/石墨烯/氧化锡复合材料制备流程图

No.3

碳纳米管填充型

碳纳米管具备较高的长径比和较好的导电性能。根据聚合物本身的特性，碳纳米管复合材料的主要制备方法有溶液共混法、原位复合法、机械共混法三种。聚苯乙炔本身是一种性能较好的导电高分子材料，采用机械共混或者溶液共混的方法使之与掺溴的聚苯乙炔共混，所得到的聚苯乙炔/溴/多壁碳纳米管三元复合材料。

该三元复合材料导电率随着所包含的掺溴多壁碳纳米管的量的提高而提高，先变低后边高，最后与掺溴多壁碳纳米管的导电能力相当。

聚苯胺这种导电高分子材料比较特殊，是因为其主链上有交替的氮原子和苯环存在，而且含有共轭大 π 键。多壁碳纳米管采用混酸进行表面改性可以提高其纯度和在水中的分散稳定性。

碳纳米管图片

No.4

展望

自从导电高分子材料出现之后，各种新颖的导电聚合物不断涌现，并且又来越多的科研工作者也在这一领域开展了丰富的科研工作。今后导电高分子材料在未来的应用范围和应用领域将会更加广泛，按照现在的发展趋势，将来在超导材料和半导体材料方面可能会有所突破，可以用作更加灵敏的传感器; 更加高效的信息传递材料; 更加稳定的防静电材料。另外在力学性能和热力学性能方面都有很大的发展空间。随着科学技术的进步，导电高分子材料在不远的将来将会成为无法替代的新型材料。

参考文献：

［1］梁 旦． 掺溴聚苯乙炔及多壁碳纳米管/溴/聚苯乙炔三元复合材料导电性能的研究［D］． 上海: 华东师范大学，．

［2］蔡 熠． 聚苯乙烯/石墨导电复合材料的制备与性能研究［D］． 南京: 南京理工大学，．

［3］临沂大学 材料科学与工程学院，山东 临沂 276005; 临沂大学 化学化工学院，山东 临沂276005

编辑：彭景

校对：黎玉梅 周书锐 罗世敏 王婷