62、导电聚合物：特性、合成与应用探索

导电聚合物：特性、合成与应用探索

1. 引言

导电聚合物领域在30多年前被发现后，就成为了研究热点。不过，人们逐渐认识到，这些聚合物的价值并非在于替代传统金属，而是开拓了全新的应用领域。2000年，瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予了三位科学家：美国加州大学圣巴巴拉分校的Alan J. Heeger教授、美国宾夕法尼亚大学的Alan G. MacDiarmid教授以及日本筑波大学的Hideki Shirakawa教授，以表彰他们在导电聚合物的发现和发展方面做出的贡献。

导电聚合物是具有扩展的C = C共轭键体系的材料，通过还原或氧化反应（即掺杂）获得，其电导率可达10⁵ S/cm。与填充炭黑或金属的聚合物不同，后者只有当单个导电颗粒相互接触并形成连续相时才具有导电性。

过去人们曾多次尝试合成“导电有机材料”。1891年，F. Goppelsroeder合成了聚苯胺。此后数十年，人们对有机聚合物作为绝缘体的兴趣增加，但对其作为导电体的研究较少。20世纪50年代末，有机半导体成为研究焦点，到60年代中期，相关的初步研究成果被总结。当时，半导体聚合物被称为“共价有机聚合物”“电荷转移复合物”和“混合聚合物”，最高电导率约为10⁻³ S/cm。

60年代，该领域的系统研究开始。氧化偶联反应被系统扩展，成为合成聚芳烃和聚杂环化合物的通用结构方法，所得聚合物电导率可达10⁻¹ S/cm。这一结果令人惊讶，因为原本作为绝缘体的有机化合物突然具有了导电性。这些聚合物不仅具有当时聚合物中最高的电导率，还是首批能够导电的聚合物，同时还展现出光伏和热电性能。

1969年，研究指出电子受体和电子供体之间形成复合物可使电导率提高几个数量级。类似的效果还可以通过增加聚合