纳米bt365体育在线投注材料     DATE: 2020-01-19 11:36

  纳米技术材料_经济学_高等教育_教育专区。纳米科技概念与发展简史;纳米尺度上的几个效应;纳米材料特性;纳米材料的制备;技术材料;导电技术材料

  纳米技术材料 前言 ? 材料是国民经济的物质基础。 ? 广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质 ? 材料无处不在,无处不有 ?工农业生产 ? ?国防 ? ?科学技术 ?人民生活 ? 材料品种? 材料 ? ? ? 能源 ? 现代技术的三大支柱 数量 ?国家现代化程度标志之一 ? 质量 信息 ? ? ? 材料分类 ? ? 金属材料( Materials):钢铁、 ):钢铁 ?金属材料(Metallic Materials):钢铁、铝、铜、钛合金 ?陶瓷材料(Ceramics):Al2O3、SiC、Si3N4、SiO2、TiN 陶瓷材料(Ceramics): ):Al SiC、 ? 或无机非金属材料( Materials) ?或无机非金属材料(Inorganic Materials) ?技术材料(High Polymers):纤维、蛋白质、聚乙烯、聚氯乙烯 技术材料( Polymers) 纤维、蛋白质、聚乙烯、 ? ? Matel-Matrix ? 复合材料(Composites) ?复合材料(Composites): ?Composites Polymer-Matrix? ? ? 我国材料的历史进程 ? 漫长而又曲折的历程: 漫长而又曲折的历程: ?简单 → 复杂 ? ?单一性能 → 综合性能 ?结构材料 → 功能材料 ? ?单一材料 → 复合材料 石器时代(Stone Age) Age): 石斧、 箭头、 石斧、凿、刀、铲、箭头、 纺轮、钵等(西安半坡遗址) 纺轮、钵等(西安半坡遗址) 石斧 青铜器时代(Bronze 巨型司母戊鼎 (河南安阳晚商遗址) 河南安阳晚商遗址) Age) Age): 湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑 铁器时代(Iron Age) 中国古代铁器的金相组织 湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄 1 纳米科技概念与发展简史 纳米尺度 : 1-100nm (10-9-10-7 m) - 特殊效应: 小尺寸效应,表面、界面效应,量子尺寸效应,量子隧道效应. 特殊效应: 小尺寸效应,表面、界面效应,量子尺寸效应,量子隧道效应 纳米科技: 在纳米尺度范围内认识自然,改造自然。 纳米科技: 在纳米尺度范围内认识自然,改造自然。 (Nano-ST) 在分子、原子的水平上操作,创造出新的分子水平上的组织、 在分子、原子的水平上操作,创造出新的分子水平上的组织、 器件(新的物质 新的物质)。 器件 新的物质 。 目标是直接以原子、 目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的 新颖物理、化学、生物学特性,以创造出特定功能的产品。 新颖物理、化学、生物学特性,以创造出特定功能的产品。 发展简史: 发展简史: 纳米材料: 古青铜器,古瓷器, 古代 纳米材料: 古青铜器,古瓷器,墨。 自然界纳米材料: 牙齿(纳米微晶) 自然界纳米材料: 牙齿(纳米微晶)。 DNA, RNA, 酶,细胞。(生物纳米机器) 细胞。 生物纳米机器) 20世纪初 世纪初 : Pt 黑 (2 nm)/Al2O3 。 2nd World War : Zn 黑(红外探测器)。 红外探测器) 1959. Richard Feynman 演讲 最早提出纳米尺度上科学和技术问题的专家是著名的物理学家、 最早提出纳米尺度上科学和技术问题的专家是著名的物理学家、诺贝尔奖获得 者理查德·费曼 费曼。 者理查德 费曼。1959 年 12 月 29 日,他在加利福尼亚举行的美国物理学会年 会上发表演讲时就设想:“如果有朝一日人们能把百科全书存储在一个针尖上并 会上发表演讲时就设想: 能移动原子,那么就将给科学带来什么!如果人类能够在原子/分子的尺度上来加 能移动原子,那么就将给科学带来什么!如果人类能够在原子 分子的尺度上来加 工材料、制备装置,我们将有许多激动人心的新发现, 工材料、制备装置,我们将有许多激动人心的新发现,……”这正是对纳米科学技 这正是对纳米科学技 术的预言,也就是人们常说的小尺寸大世界 也就是人们常说的小尺寸大世界。 术的预言 也就是人们常说的小尺寸大世界。 1974. Taniguchi 提出 nanotechnology . 导致物性和“块材” 导致物性和“块材”不同 1981. 1984. G . Binning, H . Rohrer . 制得纳米晶 人类的纳米“ 发明 STM . 人类的纳米“眼”和“手” Pd , Cu , Fe (美 IBM Co. Zurich. Lab ). (1986,因此获诺贝尔奖). ,因此获诺贝尔奖) Gleiter(德). ( 1987. Siegel (美 Argon Lab). 纳米陶瓷 TiO2 多晶 ) 第 1 届 国际纳米科学技术会议 学术会议) (第五届STM学术会议) 第五届 学术会议 60’s Kubo(久保亮武)效应:金属超微粒子的能级不连续, (久保亮武)效应:金属超微粒子的能级不连续, 1990.7. 美 . 巴尔的摩 1992.9 墨西哥 Cancum . 第 1 届 国际纳米结构材料会议 H. P. Co. IBM Co. Ge 原子在硅表面形成金字塔(宽10nm,高1.5nm) 原子在硅表面形成金字塔( , ) 原子在Cu单晶表面 将48个Fe原子在 单晶表面,排成圆形栅栏 个 原子在 单晶表面, (观察量子现象的微实验室) 观察量子现象的微实验室) Cornell Univ. 将Fe、CO拉在一起形成 FeCO、Fe(CO)2 (-260 C ). 、 拉在一起形成 、 - O 动态AFM,观察 Au 纳米晶(2 nm) 的不稳定性。 动态 , 纳米晶 的不稳定性。 2000 .2 美 NNI (National Nanotechnology Initiative) 纳米科技是信息技术、生物技术进一步发展的基础, 纳米科技是信息技术、生物技术进一步发展的基础,这三者 将引导下一次工业革命, 的地位。 将引导下一次工业革命,应把它放在 Top Priority 的地位。 亿美元。 投资 4.95 亿美元。 2000.1.21 Clinton 在加州理工学院演讲: 在加州理工学院演讲: “…… Imagine the possibilities: materials with ten times the strength of steel and only a small fraction of the weight; Shrinking all The information housed at The Library of Congress into a device the size of a sugar cube; detecting cancerous tumors when they are only a few cells in size, …….” ? 自然界的纳米材料 – ? 人体和兽类的牙齿 – ? 海洋中的生命粒子 – ? 蜜蜂的“罗盘”—腹部的磁性纳米粒子 – ? 螃蟹的横行—磁性粒子“指南针”定位作 用的紊乱 – ? 海龟在大西洋的巡航—头部磁性粒子的导 航 ? 纳米材料的分类 按结构: – – – – 零维纳米材料:量子点纳米粒子 一维纳米材料:如纳米线(量子线)、纳米管 二维纳米材料:薄层 纳米孔材料:如介孔分子筛 按组成: 金属纳米材料、半导体纳米材料、有机和技术纳米材料、 复合纳米材料…… – – – – – 复合纳米材料: 无机纳米粒子与有机技术符合材料 无机半导体的核壳结构 量子阱(超晶格)材料 ………… 纳米科技意义: 纳米科技意义: 1. 纳米科技将促进人类知识的革命:陌生的领域,知识的新疆域 纳米科技将促进人类知识的革命:陌生的领域, 2. 是21世纪的主导科技之一,将引发21世纪又一次产业革命 21世纪的主导科技之一 将引发21 世纪的主导科技之一, 21世纪又一次产业革命 是未来信息科技, 是未来信息科技,生命科技的发展的共同基础 (2010年,大规模集成电路,线 nm)) 年 大规模集成电路, 不仅产生新的革命性变革,也将对传统产业进行技术改造, 不仅产生新的革命性变革,也将对传统产业进行技术改造, (纳米除味、杀菌的化纤制品,纳米保温、耐洗刷、耐老化涂料 纳米除味、 纳米除味 杀菌的化纤制品,纳米保温、耐洗刷、耐老化涂料) 3. 推动产品的微型化,高性能化,环境友好化 推动产品的微型化,高性能化, 节省资源、 节省资源、能源 是人类社会继续进步的“可持续发展战略”所必需 是人类社会继续进步的“可持续发展战略” 为此提供新一代的物质和技术保证 2. 纳米尺度上的几个效应: 2. 1. 小尺寸效应: 小尺寸效应: 当超细微粒的尺寸与光波波长, 当超细微粒的尺寸与光波波长,德布罗意波长以 及超导态的相干长度和透射深度等物理特征尺度相当 或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏; 或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏;非晶态 纳米微粒的表面层附近原子密度减小,导致声、 纳米微粒的表面层附近原子密度减小,导致声、光、 电磁、热力学等物性呈现新的小尺寸效应。 电磁、热力学等物性呈现新的小尺寸效应。 2. 2. 表面效应: 表面效应: 粒子直径 /nm 原子总数 比表面积 /(m2/g) 1 30 2 5 4000 10 100 30000 3×106 × 90 20 2 450 180 40 表面原子百分数* 表面原子百分数 / 100% 80 * 假设原子间距为 0.3 nm(3 ?),表面原子仅为单层 , 表面原子配位不足,有悬空键,高表面能, 表面原子配位不足,有悬空键,高表面能,高化学活性 2. 3. 量子尺寸效应: 量子尺寸效应: 能带理论: 能带理论: 金属费米能级附近电子能级是连续的 (条件:高温,宏观 尺度),对于只有有限个导电电子的超微粒子,低温下能 级是离散的。当能级间距大于热能、磁能、静电能、光子 能量等,必须考虑量子尺寸效应。会使纳米微粒的磁、光、 声、热、电、超导性与宏观性质不同。 。 久保效应 δ = e.x. 1K, 4 EF 3N Ag, φ 14 nm, 变为非金属绝缘体 δ, 相临电子能级间距;N,粒子内总导电电子数; EF ,费米能级;V,粒子体积当粒子为球形时,δ ∝1/d3 金属能级的不连续和半导体能级间隙变宽 2. 4. (宏观 量子隧道效应: 宏观)量子隧道效应 宏观 量子隧道效应: 微观粒子具有贯穿(翻越 势垒的能力称为隧道效应 微观粒子具有贯穿 翻越)势垒的能力称为隧道效应 翻越 一些宏观量, 一些宏观量,如,微颗粒磁化强度等,亦具有隧道 微颗粒磁化强度等, 效应。 效应。 3. 纳米材料特性 3.1. 纳米粒子的低熔点: 纳米粒子的低熔点: 常规 100 nm Au Cu Ag 1337 ℃ 1183 ℃ 1053℃ 750℃ ℃ ℃ 961 ℃ 690℃ ℃ 100℃ ℃ 40 nm 25 nm 900℃ ℃ 2 nm 327℃ ℃ 超细 3.2. 高化学活性,表面活性 (金属纳米粒子的自燃 高化学活性, 金属纳米粒子的自燃 性) Pt是惰性金属,Pt黑(2 nm)却是高化学活性的催化剂 是惰性金属, 黑 是惰性金属 却是高化学活性的催化剂 吸附氢, 金属超微粒子的高储氢能力 (吸附氢,固溶体氢 吸附氢 固溶体氢) 无机金属氧化物纳米粒子,极高的表面吸附特性 无机金属氧化物纳米粒子, (吸附恶臭气体,杀菌) 吸附恶臭气体,杀菌 吸附恶臭气体 (纳米金红石型 纳米金红石型TiO2 (比表面 76 m2/g) 催化 2S脱S,比比 催化H 脱 , 纳米金红石型 比表面 表面积为61 表面积为 m2/g,2.4 m2/g的TiO2效率高数倍至 10倍) , 的 倍 3.3. 特殊力学性能: 特殊力学性能: 韧性陶瓷:界面大,界面原子排列混乱,提供短程快速扩散途径。 韧性陶瓷:界面大,界面原子排列混乱,提供短程快速扩散途径。 易在外力下变形、迁移,及时修复微裂纹,避免断裂, 易在外力下变形、迁移,及时修复微裂纹,避免断裂, 超塑性 人的牙齿是纳米微晶磷酸钙 Cu 6 nm, 硬度为粗晶粒的 倍 硬度为粗晶粒的5倍 粗晶粒金属:原子易移动、错位, 粗晶粒金属:原子易移动、错位,所谓金属的延展性 当粒子小到其本身应力不能引起位错时,硬度大大增加, 当粒子小到其本身应力不能引起位错时,硬度大大增加, 但当粒子再小时, 但当粒子再小时,又出现韧性陶瓷中的现象 3.4. 特殊光学性质: 特殊光学性质: 超微金属粒子均为黑色, 超微金属粒子均为黑色, Pt黑,对光的反射率 1%, (宽频带强吸收 黑 宽频带强吸收) 宽频带强吸收 几纳米的厚度即可消光, 几纳米的厚度即可消光,高吸收 纳米微粒吸收带普遍存在蓝移现象, 可设计波段可控光吸收材料 可设计波段可控光吸收材料) 纳米微粒吸收带普遍存在蓝移现象,(可设计波段可控光吸收材料 SiC 纳米 814 大块 794 cm-1 cm-1 Si2N4 纳米 949 cm-1 大块 935 cm-1 纳米TiO2, ZnO, SiO2, Al2O3, 都有吸收 300-400 nm UV的特征 纳米 - 的特征 纳米微粒出现常规材料不出现的新发光现象 6 nm 纳米硅粒子 无定形 ,多孔硅 ~ 800 nm, 强发光带 (1990., 日本佳能 纳米硅粒子(无定形 无定形), 日本佳能) 4 nm 发光带短波侧延伸至可见光范围 3.5. 特殊磁学性质: 特殊磁学性质: 鸽子,蝴蝶,蜜蜂等生物体内都存在有超微磁性颗粒 鸽子,蝴蝶,蜜蜂等生物体内都存在有超微磁性颗粒(20 nm)生物罗盘 生物罗盘 纯铁粒子 矫顽力(比值 矫顽力 比值) 比值 6 nm 0 20 nm 1000 块状铁 1 超顺磁性 强铁磁性 (磁流变液 (高储存密度,磁记录粉 磁流变液) 高储存密度, 磁流变液 高储存密度 磁记录粉) 小于单磁畴状态 单磁畴状态 多磁畴状态 当各向异性能减小到与热运动能相当时, 当各向异性能减小到与热运动能相当时,磁化方向就不再固定 在一个易磁化方向,呈现超起伏性,导致超顺磁性出现。 不同 在一个易磁化方向,呈现超起伏性,导致超顺磁性出现。(不同 种类纳米磁性微粒的超顺磁临界尺寸不同) 种类纳米磁性微粒的超顺磁临界尺寸不同 3.6. 光电、介电、压电、热电等性能都有特性出现。 光电、介电、压电、热电等性能都有特性出现。 4. 纳米材料的制备 ? 分类:物理方法和化学方法 – 物理方法:物理粉碎法、激光蒸发法、喷雾法、 分子束外延法… – 化学方法:沉淀法、溶胶-凝胶法、微反应器法、 水热及溶剂热法、化学气相沉积法… 1)化学气相沉积法 化学气相沉积法 ZnO and SnO Nanobelts SCIENCE VOL 291 9 MARCH 2001 自组装电化学沉积Cu/Cu2O纳米材料的形貌和结构 自组装电化学沉积Cu/Cu2O纳米材料的形貌和结构 4% SDS 2)微反应器法 表面活性剂-油 水三相示意相图 表面活性剂 油-水三相示意相图 3)模板法 ) 5. 技术材料 5.1 发展历史的简要回顾 19世纪中叶~20世纪初, 世纪中叶~ 世纪初 世纪初, 世纪中叶 纤维素塑料,酚醛树脂,PVAc 纤维素塑料,酚醛树脂, 20’s,技术概念的提出(Staudinger) ,技术概念的提出 纤维素分子量的测定:端基法,渗透压法, 纤维素分子量的测定:端基法,渗透压法,粘度法 30’s,Nylon-66(1934, Carothers) PS(1931), PVC(1931). , 40’s,二次大战,SBR ,二次大战, 50’s,Z-Ncat , 60’s,耐高温技术 , 70’s,技术工业的低谷时期 , PVC工厂关门 工厂关门 石油危机,价格暴涨。 石油危机,价格暴涨。油田技术兴起 80’s~90’s,时代特征 ~ , 能源 5% 石 油 用 作 高 分 子工业原料 天然技术的深度 开发, 开发,微生物植物 光合作用制备高分 子(PHB) 材料 轻量化,节能, 轻量化,节能, 高性能, 高性能,特种 功能, 功能, 功能技术 环保与保健 可持续发展战略, 可持续发展战略 , 绿色化学 生物降解技术 医用技术 可见技术化学的发展方向与上述的三个时代特征都 是密切相关。 是密切相关。 21世纪,时代特征同80’s,更强调环境与健康。 世纪,时代特征同 世纪 ,更强调环境与健康。 医用技术 E M EH 绿色化学 绿色反应, 绿色反应,绿色技术 绿色材料 --和生命科学相结合 --和生命科学相结合 --材料科学的发展 --材料科学的发展 合成生物活性物质 生命化学反应,功能的bt365体育在线投注, 生命化学反应,功能的bt365体育在线投注,化学生物学 功能技术 新的药物 医用技术 生物工程材料 组织工程材料 软材料(智能水凝胶 软材料 智能水凝胶) 智能水凝胶 纳米材料。 纳米材料。 5.2. 定义,分类 定义, (一)定义 一 定义 Speciality polymer,强调特种性能 , 耐高温,高强度,高绝缘,等等。 耐高温,高强度,高绝缘,等等。 Fine polymer, , 精细,产量小, 精细,产量小,价格高 Functional polymer,Cf. High performance polymer , 在合成或天然技术原有机械性能的基础上, ?在合成或天然技术原有机械性能的基础上, 再赋予 通用性能以外的特殊的物理、化学、生物等性能的技术。 通用性能以外的特殊的物理、化学、生物等性能的技术。 对外来的(诸如光 诸如光、 压力、化学等等)刺激 刺激(Stimuli) ?对外来的 诸如光、电、压力、化学等等 刺激 能作出选择性和特征性的积极反应(active-reaction responses) 能作出选择性和特征性的积极反应 的技术。 的技术。 (二)分类 (今天的情况 二 分类 今天的情况 今天的情况) 1. 技术分离功能材料 2. 光功能技术 3. 电磁功能技术 4. 催化功能技术 5. 生物功能技术 离子交换树脂,技术膜, 离子交换树脂,技术膜, 光致抗蚀剂,光能转换技术,技术光敏剂, 光致抗蚀剂,光能转换技术,技术光敏剂, 稳定剂,光降解技术,技术导光纤维, 稳定剂,光降解技术,技术导光纤维,等。 导电技术,光导 电 技术 超导技术, 技术, 导电技术,光导(电)技术,超导技术, 技术磁性体,技术驻电体,隐形材料。 技术磁性体,技术驻电体,隐形材料。 技术试剂,技术载体法,模板聚合, 技术试剂,技术载体法,模板聚合, 固定化酶,技术金属催化剂,模拟酶。 固定化酶,技术金属催化剂,模拟酶。 医用技术:体内、体外;人工脏器等。 医用技术:体内、体外;人工脏器等。 药用技术:药物的技术化;技术药物。 药用技术:药物的技术化;技术药物。 生物降解技术,仿生技术, 生物降解技术,仿生技术,人造血液 6. 其他 技术液晶,高吸水性树脂,技术絮凝剂, 技术液晶,高吸水性树脂,技术絮凝剂, 减阻技术,智能水凝胶, 减阻技术,智能水凝胶,等。 光 敏 性 高 敏 性 高 分 子 光 — 化 学 能 转 换 热 力 — 化 学 能 转 换 射 线 化 学 能 转 换 化 高 分 子 催 化 剂 固 定 酶 模 拟 酶 高 分 子 固 相 合 成 高 分 子 试 剂 生 物 大 分 子 仿 生 模 拟 信 息 高 分 子 的 合 和 应 用 技 术 ? ?DNA RNA — 功 能 高 分 子 分 类 半 导 体 高 分 子 分 子 刺激引起化学变化 化学刺激引起化学变化 化学变化 生 物 体 适 应 性 材 料 变化 学 导 热 高 分 子 应 力 感 应 材 料 高 吸 水 性 树 脂 智 能 水 凝 胶 物 质 移 动 分 离 材 料 导 电 高 分 子 超 导 高 分 子 介 电 高 分 子 压 电 ( 性 、 热 电 性 材 料 ) 高 分 子 磁 性 材 料 导 光 高 分 子 光 电 转 换 高 分 子 电 致 发 光 材 料 高 分 子 液 晶 显 示 材 料 非 线 性 光 学 材 料 90‘s 5.3 意义和发展前景 21世纪是生命科学的世纪 世纪是生命科学的世纪 生物技术:多糖、蛋白质、核算、类脂物。 生物技术:多糖、蛋白质、核算、类脂物。 结构材料:纤维素、肽聚糖、角朊、骨胶原、生物膜。 结构材料:纤维素、肽聚糖、角朊、骨胶原、生物膜。 功能材料: 糖元、淀粉、蛋白质、甘油三酸脂。 功能材料:贮存营养 糖元、淀粉、蛋白质、甘油三酸脂。 信息存储与感知 DNA,m-RNA,t-RNA, etc. , , 抗体、血红朊、激素、核糖体、生物膜。 呈现功能 酶,抗体、血红朊、激素、核糖体、生物膜。 功能器官: 肠胃、 细胞膜。神经、 功能器官 : 眼 、 耳 、 鼻 、 肠胃 、 肝 、 肾 、 细胞膜 。神经、脑 。 (都是缩聚技术!) 都是缩聚技术! 都是缩聚技术 光致抗蚀剂对电子工业发展的作用 21世纪的发展 世纪的发展 纳米科技和纳米材料) 分子电子器件 (纳米科技和纳米材料 纳米科技和纳米材料 分子功能材料(磁-电、光-电、热-电) 分子功能材料 磁 LB膜组装技术 膜组装技术 (分子电阻、分子整流、分子二极管、分子开关,等等) 分子电阻、分子整流、分子二极管、分子开关,等等 分子电阻 仿生技术 大脑: 大脑: 1013~1015 bits/50×50 cm2 × = 4×109~1011 bits/cm2 × 现今集成电路水平: 1 chip (5×5) mm2 现今集成电路水平: × ≈ 4×107 bits/cm2 × 随着纳米科技的发展,分子电子器件得以实现的话, 随着纳米科技的发展,分子电子器件得以实现的话,那么储存密 度达到大脑水平是可能的,不是太遥远的事! 度达到大脑水平是可能的,不是太遥远的事! 线 ? 线.导电技术材料 Nobel Prize in Chemistry 2000 “For the discovery and development of conductive polymers” G. MacDiarmid H.Shirakawa J.Heeger 6.1 材料导电能力的差异与原因 电导率 能带间隙 (Energy Band Gap) 金属之Eg值几乎为0 eV ,半导体材料Eg值在1.0~3.5 eV之间,绝 缘体之Eg值则远大于3.5 eV。 6.2 导电技术材料的bt365体育在线投注进展 初期的实验发现与理论积累 1862年,英国Letheby在硫酸中电解苯胺而得到少量导电性物质 1954年,米兰工学院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4为催化剂制得聚乙炔 1970年,科学家发现类金属的无机聚合物聚硫氰(SN)x具有超导性 科学家将有机技术与无机技术导电聚合物的开发bt365体育在线投注合 在一起开始了探寻之旅。 易加工、耐腐蚀、密度小的有机技术材料成为导体, 攻破金属应用领域的最后一个重要堡垒? 导电技术材料的发现 1974年日本筑波大学H.Shirakawa在合成聚乙炔的实验中,偶然地投 入过量1000倍的催化剂,合成出令人兴奋的有铜色的顺式聚乙炔薄膜与 银白色光泽的反式聚乙炔。 H-C≡C-H 1000 倍催化剂 温度 Ti(OC4H9)4 Al(C2H5)3 聚乙炔的掺杂反应 1975年,G. MacDiarmid 、 J.Heeger与H.Shirakawa合作进行bt365体育在线投注, 他们发现当聚乙炔曝露于碘蒸气中进行掺杂氧化反应(doping)后,其电 导率令人吃惊地达到3000S/m。 后续bt365体育在线投注进展 1980年,英国Durham大学的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。 1983年,加州理工学院的H.Grubbs以烷基钛配合物为催化剂将环辛四 烯转换了聚乙炔,其导电率达到35000S/m,但是难以加工且不稳定。 1987年,德国BASF科学家 N. Theophiou 对聚乙炔合成方法进行了改良, 得到的聚乙炔电导率与铜在同一数量级,达到107S/m。 其它导电技术材料 N H n polypyrrole (PPy) H N S n polythiophene (PT) H N n poly(phenylene vinylene) (PPV) N N n polyaniline 与聚乙炔相比,它们在空气中更加稳定,可直接掺杂聚合,电导率 在104S/m左右,可以满足实际应用需要。 6.3 导电技术材料的应用-半导体/导体/可逆掺杂 半导体特性的应用-发光二极管 利用导电技术与金属线圈当电极,半导体技术在中间,当两电 极接上电源时,半导体技术将会开始发光。比传统的灯泡更节省能源 而且产生较少的热,具体应用包括平面电视机屏幕、交通信息标志等。 半导体特性的应用-太阳能电池 导电技术可制成太阳电池,结 构与发光二极管相近,但机制却相反, 它是将光能转换成电能。 优势在于廉 价的制备成本,迅速的制备工艺,具 有塑料的拉伸性、弹性和柔韧性 。 导体特性的应用 抗静电 理想的电磁屏蔽材料,可以应用在计算机、电视机、起搏器等 电磁波遮蔽涂布 能够吸收微波,因此可以做隐身飞机的涂料 防蚀涂料 能够防腐蚀,可以用在火箭、船舶、石油管道等 电化学掺杂/去掺杂之可逆性的应用-电变色组件 共轭技术在电化学氧化还原时都会产生变色现象。电变色 性在汽车防眩后视镜、光信息储存组件、太阳眼镜、军事用途护 目镜、飞机驾驶舱遮篷及智能窗等可控制电变色性质的应用上具 有极大的发展潜力。 电化学掺杂/去掺杂之可逆性的应用-电变色组件 共轭技术在电化学氧化还原时都会产生变色现象。电变色 性在汽车防眩后视镜、光信息储存组件、太阳眼镜、军事用途护 目镜、飞机驾驶舱遮篷及智能窗等可控制电变色性质的应用上具 有极大的发展潜力。 电化学掺杂/去掺杂之可逆性的应用-可反复充放电电池 导电技术电极与对应电极及电解 质构成一个蓄有电能的电池,若加电场 而掺杂充电,加负载而去掺杂放电,该 充电/放电过程为可逆反应。具有价廉、 能量密度高、循环寿命长、和低自身放 电等优点。 电化学掺杂/去掺杂之可逆性的应用-气体检测器 检测的气体包括氧化性气体与还原性气体,氧化性气体在技术 薄膜内将导电技术氧化,形成阴离子掺杂,增加导电度;还原性气 体在技术薄膜内则会将导电技术还原,形成阳离子掺杂,降低导 电度。因为其对电信号的变化非常敏感,因此可以用做检测器。 7. 导电聚苯胺纳米材料 7.1导电聚苯胺概况 H N H N N N n polyaniline 聚苯胺电导率高、环境稳定性好、合成方法简单,掺杂程 度可控制,在微电子、传感器、检测器、气体分离膜、电极 材料、二次电池、非线性光学器件、电致变色、显示器件、 电磁屏蔽、抗静电、防腐蚀等方面具有潜在的应用,被认为 是最有实际应用前景的导电聚合物之一。 纳米结构聚苯胺兼具低维材料和有机导体的有点,纳米材 料的尺寸效应、量子效应等赋予其特异的物理性能和化学性 能, 因此已成为人们bt365体育在线投注的热点之一。 7.2 纳米结构导电聚苯胺


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