碳纳米管巴基纸导电聚合物复合电极的制备(5)
导电高分子或导电聚合物(Conducting Polymer)也称为合成金属(Synthetic Metal)，可以归入功能高分子(Functional Polymer)的范畴。导电高分子与导电塑料是两个不同的概念。导电塑料是由金属粉末或碳粉末与高分子材料共混而成的复合材料。而导电高分子是指具有共轭π键的高分子经化学或电化学“掺杂"使其由绝缘体转变成导体的一类高分子材料[26,27]。通常导电高分子的结构是由有高分子链结构和与链非键合的一价阴离子或阳离子共同组成。即在导电高分子中，除了具有高分子链外，还含有由“掺杂"而引入的一价对阴离子(p型掺杂)或对阳离子(n型掺杂)。一般将掺杂前晦称为共轭高分子，掺杂后的称为导电高分子。导电高分子除了具有金属和半导体的高电导率特性外，还保留了高分子材料的结构多样性、可设计性和相对密度小等优点，但其力学性能远不如金属材料。
1.3.2 导电聚合物的导电原理
导电高分子属于半导体，有时称为聚合物半导体，绝大多数聚合物半导体不像晶态固体那样原子排列具有周期性，而是短程有序，分子间的结合是靠范德华力，分子间的轨道重叠和电荷交换也比较弱，但考虑到这些材料也具有光吸收及电导率与温度成反比的关系，表明存在能带隙，因而可以借用无机半导体已经相当成熟的能带理论来进行描述。聚合物半导体的主要特征是存在大共轭π键，其中，σ键定域性较强，π键电子定域性较弱，所以每个单元的π键分子轨道可发生兼并，多个单元兼并的π键分子轨道在空间交叠，从而进一步提高了兼并度。于是，这些兼并的兀键分子轨道形成了一系列扩展的电子状态，即能带。π成键轨道与π＊半反键轨道分别与半π成键轨道与π＊反键轨道分别与半导体的价带和导带相对应。其中成键轨道中最高的占据轨道(Highest Occupied Molecular Orbits)称为HOMO，反键轨道中最低的空轨道(Lowest Unoccupied Molecular Orbits)称为LUMO，成键轨道与反键轨道分别类似于晶态固体的价带(Valence Band，VB)与导带(Conduction Band，CB)，价带顶与导带底分别相当于HOMO和LUMO。导带底与价带顶能量之差，即反键轨道底的能量与成键轨道顶的能量之差则称为聚合物的能带隙(Band-gap)。“掺杂"可以改变能带中电子的占有状况，使得聚合物的能带隙变小即要克服价带与导带之间的能级差使得矿反键轨道高度重叠，载流子可在重叠方向上快速移动，从而实现高分子导电的目的。
1.3.3 导电聚合物作为超级电容器电极材料
导电高分子作为电化学超级电容器电极材料，可以用有机电解质和水电解质作为电解液，其储能也主要是依靠法拉第膺电容原理来实现。最大特点是可以在相当高的电压下工作，可以弥补过渡金属氧化物系列工作电压不高的缺点。此外，高分子的摩尔质量很小，可以使得比电容很高。制备导电高分子的原料充足，价格较低，可以弥补贵金属价格昂贵的缺点。导电高分子代表着电化学超级电容器电极材料的一个发展方向。
导电高分子材料能够作为超级电容器的电极材料的原理是：在聚合物表面上产生较大的双电层，同时在充放电过程中存在高度可逆的氧化还原反应，聚合物膜快速进行n型或p型掺杂，致使聚合物不仅在界面处而且在整个体积内存在高密度的电荷产生很大的法拉第膺电容，具有较高的电化学活性[75]。其中具有代表性的聚合物有：聚苯胺(Polyaniline，PANI)，聚吡咯(Polypyrrole，PPy)，聚噻吩(Polythiophenes， PTH)，聚并苯(Polyacenes，PAS)， 聚对苯(Polyparaphenylene，PPP)等。
1.3.4 聚吡咯（PPy）
聚吡咯(Polypyrrole，PPy)是由吡咯单体聚合而成的一种新型导电聚合物。作为新材料，近年来它受到了科学工作者的广泛关注。与其它导电聚合物相比，PPy具有环境稳定性好，电导率高且变化范围大，容易合成等优点，具有广阔的应用前景。PPy可用作导电材料、电致变色材料、二次电池阳极材料、防腐材料、医用材料、抗静电材料，也可用于制备传感器、传动器、固体电解质电容器等等。吡咯单体的ɑ和β位具有相近的聚合能力，聚合过程中极易交联形成颗粒状的聚吡咯。
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