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隐身材料简介隐身材料简介1内容内容隐身技术的提出隐身技术的提出雷达工作原理简介雷达工作原理简介吸波材料吸波材料智能隐身技术智能隐身技术导电高分子材料导电高分子材料2一一 隐身技术的提出隐身技术的提出 现现代代无无线线电电技技术术和和雷雷达达探探测测系系统统的的迅迅猛猛发发展展 ，对对传传统统武武器器装装备备的的战战场场生生存存构构成成的的严严重重威威胁。胁。3 在在二二次次世世界界大大战战末末期期生生产产出出了了10cm10cm的的SCR-SCR-584584炮炮瞄瞄雷雷达达，使使高高射射炮命中率提高了十倍炮命中率提高了十倍 飞飞机机压压倒倒性性的的进进攻攻力力量量受受到到雷雷达达和和防防空空系系统统的的严严重削弱。重削弱。4 越战期间，北越利用越战期间，北越利用5050年代的俄式地空导弹击落年代的俄式地空导弹击落了了190190架美军的战机。架美军的战机。美空军在海湾战争中没有损失美空军在海湾战争中没有损失1 1架架F-117F-117战机。相战机。相比之下，美军有比之下，美军有3232架非隐形战机被伊拉克防空火炮或架非隐形战机被伊拉克防空火炮或地空导弹击落。地空导弹击落。5 19911991年年1 1月月2929日日，JSTARSJSTARS探探测测到到一一个个伊伊军军车车队队，随随即即把把目目标标信信息息传传送送给给战战场场空空中中指指挥挥与与控控制制中中心心，指指挥挥战机实施攻击，摧毁了该车队战机实施攻击，摧毁了该车队6161辆中的辆中的5858辆。辆。6 JSTARSJSTARS，美美军军军军事事新新概概念念的的产产物物，即即“联联合合监监视视目目标标攻攻击击雷雷达达系系统统”，由由波波音音公公司司707/300707/300客客机机改改装装而成而成 。雷达舱雷达舱设备操作人员设备操作人员 美美国国空空军军参参谋谋长长甚甚至至认认为为：“美美国国将将来来如如果果没没有有像像JSTARSJSTARS这样的系统是不会参战的这样的系统是不会参战的”。7 为了提高武器装备在战场上为了提高武器装备在战场上生存生存、突防突防和和纵深打纵深打击击能力，隐身技术应运而生。能力，隐身技术应运而生。隐身技术：降低目标的隐身技术：降低目标的雷达雷达、红外红外、激光激光的的可探可探测信号特征测信号特征，使之难以被探测、识别、跟踪和攻击。，使之难以被探测、识别、跟踪和攻击。8 隐身技术是隐身技术是随着雷达技术的发展随着雷达技术的发展而发展起来的。而发展起来的。隐隐身身技技术术及及材材料料研研究究始始于于第第二二次次世世界界大大战战期期间间，起起源源在在德德国国，发发展展在在美美国国并并扩扩展展到到英英、法法、俄俄罗罗斯斯及及日本等发达国家。日本等发达国家。隐身技术和雷达技术隐身技术和雷达技术，就是一种，就是一种矛和盾矛和盾的关系的关系9F-117AF-117AB-2B-210几个认识上的误区：几个认识上的误区：(1)(1)隐身是完全隐身是完全“看不见看不见”隐身技术只是隐身技术只是缩缩短探测器的有效作用距离短探测器的有效作用距离，有效，有效压缩敌方反应时间压缩敌方反应时间，增加自身战场生存能力和作战能力。增加自身战场生存能力和作战能力。11二二 雷达工作原理简介雷达工作原理简介“活雷达活雷达”蝙蝠蝙蝠12 雷雷达达：利利用用电电磁磁波波的的二二次次辐辐射射、转转发发或或目目标标固固有有辐辐射射来来探探测测目目标标，获获取取目目标标空空间间坐坐标标、速速度度等等特特征征信信息的一种无线电技术。息的一种无线电技术。反射的电磁波发射的电磁波13雷达频率和电磁波频谱雷达频率和电磁波频谱常用常用 220MHz-35GHz220MHz-35GHz；实际；实际 3MHz-300GHz3MHz-300GHz14雷达的分类雷达的分类频频 带带特特 点点应应 用用3 MHz3 MHz30 MHz30 MHz电电离离层层反射反射超超视视距雷达距雷达30 MHz30 MHz1000 MHz1000 MHz天天线线尺寸大尺寸大搜索雷达搜索雷达电电离离层层折射折射传传播播300 MHz300 MHz2000 MHz2000 MHz大天大天线线搜索雷达搜索雷达2000 MHz2000 MHz8000MHz8000MHz中等尺寸天中等尺寸天线线多功能雷达多功能雷达中等中等测测量精度量精度8000 MHz8000 MHz27 GHz27 GHz小天小天线线跟踪雷达跟踪雷达精密精密测测量量机机载载雷达雷达非常小的天非常小的天线线短程雷达短程雷达12 GHz12 GHz40GHz40GHz高的高的测测量精度量精度精密制精密制导导雷达雷达有大气和降雨有大气和降雨损损耗耗110 GHz110 GHz300 GHz300 GHz严严重的大气和降雨重的大气和降雨损损耗耗空空空雷达空雷达15电磁波与物体的作用：反射、透射、吸收电磁波与物体的作用：反射、透射、吸收雷达利用波的反雷达利用波的反射来探测物体射来探测物体把把入入射射的的波波吸吸收收掉掉16三三 吸波材料吸波材料 吸吸波波材材料料：将将电电磁磁波波转转换换为为其其他他形形式式的的能能量量（如如机机械械能能、电电能能和和热热能能）而而消消耗耗掉掉的的材材料。料。173.1 3.1 吸波原理吸波原理入射波入射波反射波反射波折射波折射波18要想对电磁波进行有效的吸收：要想对电磁波进行有效的吸收：(1)(1)使电磁波最大限度使电磁波最大限度进入到材料内部进入到材料内部，以，以减少电减少电磁波的直接反射磁波的直接反射。介质对电磁波的介质对电磁波的反射系数为：反射系数为：Z Z和和Z Z0 0分别是介质的特性阻抗和自由空间的波阻抗分别是介质的特性阻抗和自由空间的波阻抗19tanD=tanDtanD=tanDE E+tanD+tanDM M=E=Ed d/E/Ec c+L+Ld d/L/Lc c (2)(2)电电磁磁波波进进入入材材料料内内部部后后，要要设设法法对对入入射射的的电电磁波磁波进行有效的吸收和衰减进行有效的吸收和衰减。能量损耗能量损耗:D DL L为感应电场为感应电场D D相对于外加电场的滞后相位；相对于外加电场的滞后相位；D DM M为感应磁场为感应磁场B B相对于外加磁场的滞后相位；相对于外加磁场的滞后相位；E Ed d为为在在外外加加电电场场下下，材材料料的的电电偶偶极极矩矩产产生生重重拍拍引引起起的的损损耗耗的的量度；量度；L Ld d为为在在外外加加磁磁场场下下，材材料料的的磁磁偶偶极极矩矩产产生生重重拍拍引引起起的的损损耗耗量量度；度；E Ec c和和L Lc c分分别别为为材材料料在在电电场场和和磁磁场场作作用用下下产产生生极极化化和和磁磁化化的的程程度。度。203.2 3.2 吸波材料的分类吸波材料的分类按材料的成型工按材料的成型工艺和承载能力艺和承载能力涂覆型吸波材料涂覆型吸波材料结构型吸波材料结构型吸波材料按吸波原理按吸波原理吸收型吸收型干涉型干涉型按材料的损耗按材料的损耗机理机理电损耗型电损耗型:介质的极化弛豫损耗介质的极化弛豫损耗磁损耗型磁损耗型:磁滞损耗和磁畴共振磁滞损耗和磁畴共振按研究的时期按研究的时期传传统统的的吸吸波波材材料料:铁铁氧氧体体、金金属属微微粉粉、石石墨墨、碳化硅、导电纤维等碳化硅、导电纤维等新新型型的的吸吸波波材材料料:纳纳米米材材料料、手手性性材材料料、导导电高聚物、多晶纤维等。电高聚物、多晶纤维等。213.3 3.3 几种吸波材料几种吸波材料铁系铁系铁氧体铁氧体金属铁金属铁微粉微粉多晶铁多晶铁纤维纤维碳系碳系石墨、石墨、乙炔、乙炔、炭黑炭黑碳纤维碳纤维碳纳米碳纳米管管陶瓷系陶瓷系碳化硅碳化硅碳化硅碳化硅复合材复合材料料其他类其他类导电高导电高分子分子手性材手性材料料等离子等离子体材料体材料22四四 智能隐身技术智能隐身技术4.1 4.1 智能隐身材料的提出智能隐身材料的提出普通的隐身材料目标单一，只普通的隐身材料目标单一，只能被动的抑制目标的特征信号能被动的抑制目标的特征信号雷达向高分辨、多波段、多雷达向高分辨、多波段、多极化方向发展极化方向发展红外成像技术和激光探测技术红外成像技术和激光探测技术的发展的发展传传统统的的隐隐身身材材料料已已经经不不能能满满足足隐隐身身的的要要求求23 目标和背景的可探测性有差别，是各种探测系统目标和背景的可探测性有差别，是各种探测系统能够从背景中发现和识别目标的基础。能够从背景中发现和识别目标的基础。红外成像图红外成像图:24 相对目标而言，背景是十分复杂并且不断变化的，相对目标而言，背景是十分复杂并且不断变化的，为了减小目标和背景的可探测性有差别为了减小目标和背景的可探测性有差别:20102010年，美国研制出能年，美国研制出能自动对背景和威胁做出反应自动对背景和威胁做出反应的的自适应涂层系统自适应涂层系统20052005年，美国研制出能年，美国研制出能控制辐射率控制辐射率/反射率反射率涂层涂层2020世纪世纪8080年代，美国首先提出了年代，美国首先提出了智能隐身材料智能隐身材料的概念的概念25 智能隐身材料智能隐身材料：能从自身的表层或内部：能从自身的表层或内部获取关于环获取关于环境条件及其变化信息境条件及其变化信息，进行判断、处理和做出反应，以，进行判断、处理和做出反应，以改变自身的一种或多种参数改变自身的一种或多种参数，使其很好的与外界协调。，使其很好的与外界协调。其实是一种其实是一种自适应的材料系统自适应的材料系统。4.2 4.2 智能隐身材料的定义智能隐身材料的定义26信信号号传传感感器器信信号号处处理理系系统统信号转换器信号转换器背景背景信号采信号采集系统集系统微微处处理理机机信信号号处处理理器器信号处理信号处理与控制子与控制子系统系统目标可目标可探测性探测性生成系生成系统统智能隐身材料系统原理图智能隐身材料系统原理图274.3 4.3 智能隐身材料的应用智能隐身材料的应用智能蒙皮智能蒙皮可见光智能隐身可见光智能隐身红外智能隐身红外智能隐身雷达波智能隐身雷达波智能隐身284.3.1 4.3.1 智能蒙皮智能蒙皮 定定义义：将将不不同同电电导导率率的的多多层层薄薄膜膜连连结结在在一一起起，获获得得功功能能上上与与分分层层介介质质吸吸波波涂涂层层类类似似的的蒙蒙皮皮结结构构，并并将将各各种种机机载载电电子子装装置置、传传感感器器等等嵌嵌入入蒙蒙皮皮内内，从从而而构构成成了了智能蒙皮。智能蒙皮。29 美美国国空空军军于于19851985年年，首首先先提提出出了了光光纤纤智智能能蒙蒙皮皮的的概概念念和和计计划划，这这种种光光纤纤智智能能蒙蒙皮皮内内嵌嵌入入保保型型雷雷达达、导导航航设设备备、目目标标搜搜索索和和各各种种传传感感器器元元件件，使使光光纤纤数数字字电电路路遍遍布布飞飞机机机机翼翼内内，不不仅仅可可以以隐隐身身，而而且且灵灵敏敏度度高高、易易操纵操纵，并可，并可自动校正飞行自动校正飞行。苏苏-30MKI-30MKI F-35F-3530F-35F-35正在等待安装碳纤维机身蒙皮正在等待安装碳纤维机身蒙皮 314.3.2 4.3.2 可见光智能隐身可见光智能隐身 希希望望利利用用智智能能隐隐身身材材料料制制成成涂涂层层，达达到到真真正正意意义义上上的的变色龙变色龙隐身。隐身。32 美美国国空空军军怀怀特特实实验验室室，研研究究了了一一种种聚聚苯苯胺胺基基复复合合材材料料，可可用用于调节飞机蒙皮的亮度和颜色。于调节飞机蒙皮的亮度和颜色。美军科曼奇隐身直升机美军科曼奇隐身直升机 智能化视觉隐身智能化视觉隐身，使，使武装直升机成为一条武装直升机成为一条“变变色龙色龙”，难以被敌方发现、，难以被敌方发现、跟踪和攻击，大大提升了跟踪和攻击，大大提升了自身的战场生存能力。自身的战场生存能力。33 美美军军纳纳蒂蒂克克研研究究中中心心，研研制制的的自自动动变变色色布布，通通过过装装在在衣衣服服上上的微传感器作用，使这种布料可随地面和背景的变化而自动变色。的微传感器作用，使这种布料可随地面和背景的变化而自动变色。344.3.3 4.3.3 红外智能隐身材料红外智能隐身材料 美国陆军应用导电高分子电致变色材料制作士兵服装，使士美国陆军应用导电高分子电致变色材料制作士兵服装，使士兵能够在夜间不被敌人的探测器发现。兵能够在夜间不被敌人的探测器发现。可根据目标辐射出的红外线的特征，改变自身的参数，达到可根据目标辐射出的红外线的特征，改变自身的参数，达到红外隐身的目的。红外隐身的目的。354.3.4 4.3.4 雷达波智能隐身材料雷达波智能隐身材料 英国谢菲尔德大学研制的英国谢菲尔德大学研制的自适应雷达波吸收材料自适应雷达波吸收材料，能够通，能够通过过调节电压调节电压，使得吸收体中每层导电聚合物的电阻可调节，实，使得吸收体中每层导电聚合物的电阻可调节，实现了现了反射率反射率、吸收峰不同频率下可调吸收峰不同频率下可调的目的，使得在的目的，使得在很宽的频带很宽的频带内具有很强的隐身能力。内具有很强的隐身能力。364.4 4.4 智能隐身材料的优点智能隐身材料的优点(1)(1)隐身能力强隐身能力强(2)(2)威胁预警威胁预警(3)(3)健康评估和寿命预测健康评估和寿命预测37五五 导电高分子材料导电高分子材料5.1 5.1 导电高分子材料的定义导电高分子材料的定义 导导电电高高分分子子是是指指其其本本身身或或经经过过“掺掺杂杂”后后具具有有导导电电性的一类高分子材料性的一类高分子材料38可分为：可分为：复合型复合型：普通聚合物：普通聚合物+导电粉末（如防静电塑料袋、导电粉末（如防静电塑料袋、导电胶）导电胶）本征型本征型：依靠分子结构导电：依靠分子结构导电39根据导电性根据导电性绝缘体绝缘体 （电导率（电导率1010-10-10S/cm)S/cm)半导体半导体 （=10=10-10-10-10-102 2S/cm)S/cm)导导 体体 （=10=102 2-10-106 6S/cmS/cm）超导体超导体 （）材料导电能力的差异与原因材料导电能力的差异与原因:能能带带间间隙隙 (Energy(Energy Band Band Gap)Gap)：金金属属之之EgEg值值几几乎乎为为0eV 0eV，半半导导体体材材料料EgEg值值在在1.0-3.5eV1.0-3.5eV之之间间，绝绝缘缘体体之之EgEg值则远大于值则远大于3.5 eV3.5 eV。405.2 5.2 导电高分子材料的发展导电高分子材料的发展 19731973年年，白白川川英英树树、HeggerHegger、MacDiarmidMacDiarmid掺掺杂杂聚聚乙乙炔炔（电导率达（电导率达10102 2s/cms/cm）19861986年，年，Elsenbaumer R.L.Elsenbaumer R.L.等人得到了可溶性聚噻吩等人得到了可溶性聚噻吩 20002000年年1010月月H.ShirakawaH.Shirakawa、A A.G.McDiarmid.G.McDiarmid和和A.J.HeegerA.J.Heeger因因在在导导电电聚聚合合物物这这一一新新兴兴领领域域所所做做的的开开创创性性工工作作而而被被授授予予诺诺贝贝尔尔奖。奖。41 19741974年年日日本本筑筑波波大大学学H.ShirakawaH.Shirakawa在在合合成成聚聚乙乙炔炔的的实实验验中中，偶偶然然地地投投入入过过量量10001000倍倍的的催催化化剂剂，合合成成出出令令人人兴兴奋奋的的有有铜铜色色的的顺式聚乙炔顺式聚乙炔薄膜与银白色光泽的反式聚乙炔。薄膜与银白色光泽的反式聚乙炔。Ti(OC4H9)4Al(C2H5)3HCCH1000 1000 倍催化剂倍催化剂10108 810107 7 S/m S/m10103 310102 2 S/m S/m导电高分子材料的发现导电高分子材料的发现42 19751975年年，G.G.MacDiarmid MacDiarmid、J.HeegerJ.Heeger与与H.ShirakawaH.Shirakawa合合作作进进行行研研究究，他他们们发发现现当当聚聚乙乙炔炔曝曝露露于于碘碘蒸蒸气气中中进进行行掺掺杂杂氧氧化化反反应应后，其电导率令人吃惊地达到后，其电导率令人吃惊地达到3000S/m3000S/m。聚乙炔的掺杂反应聚乙炔的掺杂反应:43后续研究后续研究:19871987年年，德国德国BASFBASF科学家科学家 N.TheophiouN.Theophiou得到的聚乙炔得到的聚乙炔电导率电导率与铜在同一数量级与铜在同一数量级，达到，达到10107 7S/mS/m 19831983年，加州理工学院的年，加州理工学院的H.GrubbsH.Grubbs以烷基钛配合物为催化剂将以烷基钛配合物为催化剂将环辛四烯转换了聚乙炔环辛四烯转换了聚乙炔，导电率达到，导电率达到35000S/m35000S/m19801980年，年，英国英国DurhamDurham大学的大学的W.FeastW.Feast得到得到更大密度的聚乙炔更大密度的聚乙炔44其它导电高分子材料其它导电高分子材料:与与聚聚乙乙炔炔相相比比，它它们们在在空空气气中中更更稳稳定定，可可直直接接掺掺杂杂聚聚合合，电导率在电导率在10104 4S/mS/m左右，可以满足实际应用需要。左右，可以满足实际应用需要。455.3 5.3 导电机理导电机理导电高分子材料的共同特征交替的单键、双键共轭结构导电高分子材料的共同特征交替的单键、双键共轭结构 聚聚乙乙炔炔由由长长链链的的碳碳分分子子以以spsp2 2键键链链接接而而成成，每每一一个个碳碳原原子子有有一一个个价价电电子子未未配配对对，且且在在垂垂直直于于spsp2 2面面上上形形成成未未配配对对键键。其其电电子子云云互互相相接接触触，会会使使得得未未配配对对电电子子很很容容易易沿沿着着长长链链移移动动，实实现现导导电能力。电能力。46半导体到导体的实现途径掺杂半导体到导体的实现途径掺杂 在共轭有机分子中在共轭有机分子中电子是无法电子是无法沿沿主链移动主链移动的，而的，而电子电子虽较易移动，但也相当定域化虽较易移动，但也相当定域化。移去主链上移去主链上的的电子电子(氧化氧化)或注入电子或注入电子(还原还原)，这些，这些空穴空穴或或额外电子可以在分子链上移动额外电子可以在分子链上移动，使高分子成为导电体。，使高分子成为导电体。47导电高分子材料的掺杂途径导电高分子材料的掺杂途径:氧化掺杂氧化掺杂 (p p-doping):CH-doping):CHn n+3x/2I+3x/2I2 2 CH CHn nx+x+xI+xI3 3-还原掺杂还原掺杂 (n n-doping):CH-doping):CHn n+xNa CH+xNa CHn nx-x-+xNa+xNa+掺杂后的聚合物形成盐类，产生电流的原因并不掺杂后的聚合物形成盐类，产生电流的原因并不是碘离子或钠离子而是是碘离子或钠离子而是共轭双键上的电子移动共轭双键上的电子移动。48掺杂导电高分子材料的导电机理掺杂导电高分子材料的导电机理:碘碘分分子子从从聚聚乙乙炔炔抽抽取取一一个个电电子子形形成成I I3 3，聚聚乙乙炔炔分分子子形形成成带带正正电电荷荷的的自自由由基基阳阳离离子子，在在外外加加电电场场作作用用下下双双键键上上的的电电子子可可以以非非常常容容易易地地移移动动，结结果果使使双双键键可可以以成成功功地地延延着着分分子子移移动动，实实现现其导电能力。其导电能力。495.4 5.4 导电高分子材料的制备导电高分子材料的制备化学氧化法化学氧化法溶液合成法溶液合成法乳液合成法乳液合成法微乳液合成法微乳液合成法模板合成法模板合成法酶催化法酶催化法电化学合成法电化学合成法循环伏安法循环伏安法恒电流法恒电流法恒电势法恒电势法脉冲电流法脉冲电流法505.4.1 5.4.1 溶液聚合法溶液聚合法合成路线合成路线:苯胺单体苯胺单体溶液溶液缓慢缓慢加入加入引发引发剂剂N N2 2保护保护低温搅拌低温搅拌稳稳定定的的分分散散液液聚聚苯苯胺胺产产品品过滤、洗涤、干燥过滤、洗涤、干燥溶液溶液:盐酸、硫酸或高氯酸水溶液盐酸、硫酸或高氯酸水溶液引发剂引发剂:(NH:(NH4 4)2 2SOSO8 851工艺简单工艺简单产物易纯化产物易纯化可通过流涎法来制备大面积膜可通过流涎法来制备大面积膜适用于制备大构件元件适用于制备大构件元件聚合过程影响因素多聚合过程影响因素多分子量分布较宽分子量分布较宽产品在导电率、溶解性以及熔融加工性产品在导电率、溶解性以及熔融加工性等方面均有缺陷等方面均有缺陷优优点点缺缺点点525.4.2 5.4.2 乳液聚合乳液聚合反反应应介介质质苯胺单体苯胺单体乳化剂乳化剂搅拌预乳化搅拌预乳化乳乳液液引引发发剂剂分分散散液液丙酮丙酮PAnPAn/DB/DBSA SA 沉沉淀淀洗涤洗涤干燥干燥聚聚苯苯胺胺产产品品反应介质反应介质:去离子水去离子水乳乳 化化 剂剂:十二烷基苯磺酸（十二烷基苯磺酸（DBSADBSA）引引 发发 剂剂:过硫酸铵过硫酸铵53引发剂用量少引发剂用量少聚合热有效分散于水相避免局部过热聚合热有效分散于水相避免局部过热可获得高分子量聚合物可获得高分子量聚合物聚合体系中乳化剂的浓度大，不易完聚合体系中乳化剂的浓度大，不易完全去除全去除需要大量的有机溶剂和沉淀剂，制备需要大量的有机溶剂和沉淀剂，制备成本较高成本较高优优点点缺缺点点545.4.3 5.4.3 微乳液聚合微乳液聚合 微微乳乳液液是是一一种种外外观观透透明明或或半半透透明明、低低黏黏度度的的热热力力学学稳定体系稳定体系，其分散液滴大小仅有，其分散液滴大小仅有1010100 nm100 nm。55合成路线合成路线:引发剂引发剂乳化剂乳化剂助乳化剂助乳化剂反反应应介介质质透透明明的的微微乳乳液液滴滴加加苯苯胺胺单单体体聚聚苯苯胺胺乳乳液液破乳破乳聚聚苯苯胺胺搅拌搅拌室温室温搅拌搅拌反应介质反应介质:0.1mol/L:0.1mol/L 的的HCl HCl 溶液溶液 乳乳 化化 剂剂:十二烷基苯磺酸十二烷基苯磺酸引引 发发 剂剂:过硫酸铵过硫酸铵 助乳化剂助乳化剂:丁醇丁醇56反应条件容易控制反应条件容易控制产物粒径均匀产物粒径均匀粒径都在纳米级别粒径都在纳米级别产物的电导率和产率均有提高产物的电导率和产率均有提高链结构规整性好、结晶度高链结构规整性好、结晶度高被被认认为为是是目目前前最最理理想想的的聚聚苯苯胺胺合合成成方方法法575.4.4 5.4.4 模板聚合法模板聚合法 以以胶胶束束或或反反胶胶束束作作为为模模版版,生生成成的的PAnPAn粒粒子子以以静静电电斥斥力力吸吸附附或或嵌嵌入入表表面面活活性性剂剂分分子子,得得到到具具有有特特殊殊形形貌貌进进而而具有特定功能的聚苯胺具有特定功能的聚苯胺.58不同形状的胶束不同形状的胶束59正胶束和反胶束的结构正胶束和反胶束的结构60优点优点:合成的聚苯氨具有合成的聚苯氨具有特殊形貌特殊形貌、良好的取向性良好的取向性、规规整度整度。缺点缺点:需要在反应结束后需要在反应结束后除去模板除去模板，而且此操作会，而且此操作会导致导致合成的产物合成的产物（如纳米粒子、纳米棒等）（如纳米粒子、纳米棒等）发生团聚发生团聚。615.4.55.4.5酶催化法酶催化法 目目前前主主要要用用辣辣根根过过氧氧化化氢氢酶酶(HRP)(HRP)来来催催化化过过氧氧化化氢氢的分解，利用过氧化氢氧化使苯胺聚合。的分解，利用过氧化氢氧化使苯胺聚合。62优优点点:简简单单、高高效效、无无环环境境污污染染 ,是是非非常常具具有有发发展展前前景景的合成方法。的合成方法。缺缺点点:聚聚合合是是在在水水体体系系中中进进行行，而而聚聚苯苯胺胺不不溶溶于于水水，因因此此很很快快会会从从水水中中析析出出，导导致致仅仅能能得得到到分分子子量量很很低低的的寡寡聚聚体。体。635.4.6 5.4.6 电化学法电化学法 电电化化学学法法:在在含含苯苯胺胺的的电电解解质质溶溶液液中中，选选择择适适当当的的电电化化学学条条件件，使使苯苯胺胺在在阳阳极极上上发发生生氧氧化化聚聚合合反反应应，生生成成黏黏附附于于电电极极表表面面的的聚聚苯苯胺胺薄薄膜膜或或是是沉沉积积在在电电极极表表面面的聚苯胺粉末的聚苯胺粉末。64-直流电源 +VA阴极阳极eeeRXe电化学合成示意图：电化学合成示意图：65优点优点:直接获得与电极基体结合力较强的高分子薄膜直接获得与电极基体结合力较强的高分子薄膜;通过改变聚合电势和电量可以方便地分别通过改变聚合电势和电量可以方便地分别控制聚控制聚 苯胺膜的氧化态和厚度苯胺膜的氧化态和厚度;所得到的产物所得到的产物无需分离步骤无需分离步骤。66缺点缺点:单单体体的的氧氧化化电电位位一一般般比比所所得得聚聚合合物物的的可可逆逆氧氧化化还还原原电电位位 高高，因因此此在在聚聚合合过过程程中中可可能能出出现现聚聚合合物物链链的的过过氧氧化化;电电化化学学聚聚合合中中单单体体聚聚合合活活性性中中心心的的选选择择性性较较差差，几几乎所有电化学聚合都存在不同程度的乎所有电化学聚合都存在不同程度的交联交联。675.5 5.5 高分子材料导电能力的影响因素高分子材料导电能力的影响因素5.5.1 5.5.1 掺杂率掺杂率 掺掺杂杂率率小小时时，电电导导率率随随着着掺掺杂杂率率的的增增加加而而迅迅速速增增加加；当当达达到到一一定定值值后后，随随掺掺杂杂率率增增加加电电导导率率变变化化很很小小，此此时时为为饱和掺杂率饱和掺杂率。685.5.2 5.5.2 共轭链长度共轭链长度 电电子子运运动动的的波波函函数数在在沿沿着着分分子子链链方方向向有有较较大大的的电电子子云云密密度度，并并且且随随着着共共轭轭链链长长度度的的增增加加，这这种种趋趋势势更更加加明明显显，导导致致聚聚合合物物电导率的增加。电导率的增加。695.5.3 5.5.3 温度温度 对对金金属属晶晶体体，温温度度升升高高引引起起的的晶晶格格振振动动阻阻碍碍其其在在晶晶体体中中的的自自由由电电子子运运动动；而而对对于于聚聚乙乙炔炔，温温度度的的升升高高有有利利于于电电子子从从分分子子热热振振动动中中获获得得能能量量，克克服服其能带间隙，实现导电过程。其能带间隙，实现导电过程。705.6.1 5.6.1 电导率范围宽电导率范围宽5.6 5.6 导电高分子的特性导电高分子的特性715.6.2 5.6.2 具有电致变色性具有电致变色性7273响应速度快响应速度快(10(10-13-13 sec)sec)5.6.3 5.6.3 响应速度快响应速度快745.7 5.7 导电高分子的应用导电高分子的应用755.7.1 5.7.1 发光二极管发光二极管 利用导电高分子与金属线圈当电极，半导体高分子在中间，利用导电高分子与金属线圈当电极，半导体高分子在中间，当两电极接上电源时，半导体高分子将会开始发光。比传统的当两电极接上电源时，半导体高分子将会开始发光。比传统的灯泡灯泡更节省能源而且产生较少的热更节省能源而且产生较少的热，可应用于，可应用于电视屏幕、交通电视屏幕、交通信息信息标志等。标志等。高分子发光二极管高分子发光二极管颜色可调颜色可调、可弯曲可弯曲、大面积大面积和和低成本低成本等优等优点。点。765.7.2 5.7.2 太阳能电池太阳能电池 导导电电高高分分子子可可制制成成太太阳阳电电池池，结结构构与与发发光光二二极极管管相相近近，但但机机制制却却相相反反，它它是是将将光光能能转转换成电能。换成电能。优优势势在在于于廉廉价价的的制制备备成成本本，迅迅速速的的制制备备工工艺艺，具具有有塑塑料料的的拉伸性、弹性和柔韧性拉伸性、弹性和柔韧性 。77一个分子类似于一根导线。一个分子类似于一根导线。可用于高灵敏度检测、超大规模集成技术。可用于高灵敏度检测、超大规模集成技术。5.7.3 5.7.3 分子导线分子导线78795.7.4 5.7.4 二次电池（可充电电池）二次电池（可充电电池）高高 分分 子子 掺掺杂杂态态储储存存电电能能、脱脱掺掺杂杂过过程程中中释放电能释放电能 全塑电池全塑电池输出电压输出电压3V3V、电池容量、电池容量3mA.h3mA.h，复充放电上千次。，复充放电上千次。805.7.5 5.7.5 生物传感器生物传感器葡萄糖传感葡萄糖传感器、尿素传器、尿素传感器、乳酸感器、乳酸传感器、胆传感器、胆固醇传感器固醇传感器81密度小密度小轻轻加工性能加工性能薄薄5.7.6 5.7.6 雷达隐身材料雷达隐身材料 导电性可以在绝缘体、半导体、金属导体之间变化导电性可以在绝缘体、半导体、金属导体之间变化不同的吸波性能不同的吸波性能,可做宽频吸波材料可做宽频吸波材料.82导电高分子材料的优越性导电高分子材料的优越性:具具有有半半导导体体及及导导体体双双重重特特性性，可可低低温温加加工工、可可大大面面积积化化、具具有有塑塑料料的的拉拉伸伸性性、弹弹性性和和柔柔韧韧性性等等，制制作作成成本本低低，组组件件特特性性优优越越，对对未未来来电电子子及及信信息息工工业业将将产产生巨大影响。生巨大影响。5.8 5.8 问题与挑战问题与挑战83导电高分子材料面临的挑战导电高分子材料面临的挑战:1.1.综合电性能比铜差综合电性能比铜差，理论上还，理论上还沿用无机半导体理论沿用无机半导体理论；2.2.加工性能加工性能、力学性能力学性能以及以及稳定性稳定性需要改进。需要改进。8485