聚合物的导电性及其表征

用途
对电磁波(光、电、磁)而言,传统上认为聚合物仅是惰性的绝缘材料,不导电,不导磁,对光也仅是吸收透过和反射,不会对电磁波产生影响。随着科学技术的发展,逐渐出现了导电高分子化合物,导磁高分子化合物和对光波有调制作用的非线性高分子化合物。这些新高分子化合物的出现,引起人们对高分子聚合物用作光、电、磁材料产生了兴趣。为了探讨高分子聚合物在光、电、磁等信息领域的应用,产生了对高分子化合物光、电、磁性能表征的需要。


表征方法及原理
1.高分子聚合物的导电机理
    高分子聚合物主要存在两种导电机理:
一般高分子聚合物主要是离子电导。有强极性原子或基团的高分子聚合物在电场下产生本征解离,可产生导电离子。非极性高分子聚合物本应不导电,理论比体积电阻为1025Ω.cm,但实际上要大许多数量级,原因是杂质(未反应的单体、残留催化剂、助剂以及水分)离解带来的。
聚合物导体、半导体主要是电子电导。


2.高分子聚合物的导电性的表征
对高聚物的导电性能表征,常常需要分别表征表面导电性能和体积导电性能,即表面电阻率(ρs)(表面电导率σs),和体积电阻率ρv(体积电导率σv)。
表征表面电导率的方法是:在聚合物试样的同一表面,分别放入二个平行的刀形电极,并施以直流电压,测出两电极间的电压U值和电流值(I),按下式计算试样聚合物的表面电导率σs值,并可求出试样的表面电导率

 

(单位为s.cm-1或西门子.cm-1)
  σs为聚合物表面电导率,G为试样电极间的电导
  b为试样上两电极之间距离,L为电极宽

电导率的倒数即为电阻率ρs(单位为Ω.cm或欧姆.cm)
  表征体积电导率的方法是:在聚合物试样的两个对应侧面,各放一个片状电极,并施以直流电压,测出上、下两电极间的电压U值和电路电流I值,按下式计算聚合物试样的体积电导率σs值,并可进一步求出试样的体积电阻率ρv值。

(单位为s.cm-1)
  σv为聚合物体积电导率

    d为聚合物试样上、下两平面间的距离(厚度)
  s为试样上电极的面积

电导率的倒数,即为聚合物的体积电导率ρv(单位Ω.cm)

下面是测定电阻率的一个三电极装置:

3.影响导电性的因素
极性聚合物的导电性远大于非极性聚合物。
共轭体系越完整,导电性越好。
结晶度增大使电子电导增加,但离子电导减少。
“杂质”含量越大,导电性越好。

温度升高,电阻率急剧下降,导电性增加,利用这点可以测定


所用仪器
三电极装置

参考文献

1高分子物理实验P.28p85),何平笙,杨海洋,朱平平,瞿保均编
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2高分子物理近代研究方法P.318),张俐娜,薛奇,莫志深,金熹高编著
                                             武汉大学出版社,2003
3现代高分子物理学”P.421,殷敬华,莫志深主编,科学出版社 2001
4、周洪庆,刘敏等微波复合介质制备及性能测试研究,功能材料,1997281
5
、厦门大学精品课程(董炎明)