聚合物的导电性及其表征

用途 表征方法及原理 所用仪器 参考文献

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。

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：

①一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。

②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（ρ_s）（表面电导率σ_s），和体积电阻率ρ_v（体积电导率σ_v）。

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σ_s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）
　　σ_s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ρ_s（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ρ_v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

①极性聚合物的导电性远大于非极性聚合物。

②共轭体系越完整，导电性越好。

③结晶度增大使电子电导增加，但离子电导减少。

④“杂质”含量越大，导电性越好。

⑤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.28，p85），何平笙，杨海洋，朱平平，瞿保均编
中国科技大学出版社，2002年
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年
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年
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，1997，28（1）
5、厦门大学精品课程（董炎明）