实验十五 聚合物的体积电阻系数和表面电阻系数的测定 一、实验目的 1．掌握聚合物体积电阻系数和表面电阻系数的测试方法； 2．比较极性与非极性聚合物的电阻系数数值范围。 二、实验原理 材料的导电性是由于其内部存在传递电流的自由电荷，即载流子，在外加电场作用下，这些载流子作定向移动，形成电流。导电性优劣与材料所含载流子的数量、运动速度有关。常用电阻系数（电阻率） ρ 或电导系数（电导率）σ 表征材料的导电性，它们是一些宏观物理量，而载流子浓度和迁移率则是表征材料导电性的微观物理量。 大量高聚物是作为绝缘材料使用的，但具有特殊结构的高聚物可能成为半导体、导体，甚至人们提出了超导体的模型。决定高聚物导电性的因素有化学结构、分子量、凝聚态结构、杂质以及环境（温度、湿度等）等。 饱和的非极性高聚物具有很好的电绝缘性能，理论上计算它们的电阻系数可达到1023欧姆·米，而实测值要小几个数量级，说明高聚物中除自身结构以外的因素（如残留的催化剂、各种添加剂等）对导电性能产生了不小的影响。 极性高聚物的电绝缘性次之，微量的本征解离产生导电离子，此外，残留的催化剂、各种添加剂等都可以提供导电离子。 而一些共轭高聚物如聚乙炔则可制成半导体材料，这是由于主链上π轨道相互交叠，π电子有较高的迁移率。但是它们的导电性实际并不高，原因是受到电子成对的影响，电子成对后，只占有一个轨道，空出另一个轨道，两个轨道能量不同，电子迁移时必须越过轨道间的能级差，这样就限制了电子的迁移，材料导电率下降。采用掺杂方法可以减小能级差，电子迁移速率提高。Heeger（黑格，美国)、 MacDiarmid （麦克迪尔米德，美国）以及白川英树（日本）就成功地完成了用溴、碘掺杂聚乙炔，没有掺杂时聚乙炔的电导率为3.2X10-6Ω -1•cm-1，掺杂后竟达到了 38Ω -1•cm-1，提高了 1000 万倍，接近金属铝和铜的电导率。并且在发现聚乙炔的导电性后，黑格发现聚乙炔的磁性、电学、光学性质都异常。为了说明聚乙炔的导电性，黑格又提出了孤子导电的新概念。他们的成果在 2000 年获得诺贝尔化学奖。评奖委员会的公告说：塑料本来是不导电的绝缘体。它们合成了具有共轭链的聚乙炔，用掺杂的方式使塑料出现与金属一样的导电性。导电高分子已经成为化学及物理学研究的重要领域。不仅将导电聚合物用于聚合物电池的设想正在逐步实用化，而且发光二极管、 1移动电话显示屏以及将来的分子电路也有可能用导...
