Handbook of Conducting Polymers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Skotheim, Terje A. (EDT)/ Reynolds, John R. (EDT)

出品人:

页数:1250

译者:

出版时间:

价格:2355.00元

装帧:HRD

isbn号码:9781574446654

丛书系列:

图书标签:

• Conducting polymers
• Polymer science
• Materials science
• Organic electronics
• Polymer chemistry
• Electrical conductivity
• Thin films
• Sensors
• Energy storage
• Nanomaterials

智能材料前沿：导电聚合物的合成、表征与应用 （Handbook of Conducting Polymers 以外的全新导电聚合物综述） --- 导言：跨越时代的材料科学革命 导电聚合物，这一介于传统有机绝缘体和无机导体之间的独特材料类别，自其发现以来便持续驱动着材料科学、化学、物理学以及电子工程领域的深刻变革。它们以其可溶液加工性、易于功能化修饰的特点，以及在电化学、光学和机械性能上的可调谐性，成为下一代柔性电子、生物传感和储能设备的核心基石。 本书《智能材料前沿：导电聚合物的合成、表征与应用》旨在提供一个全面、深入且与当前研究热点紧密结合的视角，聚焦于近年来在导电聚合物领域取得的突破性进展。本书摒弃对基础导电聚合物历史的冗长回顾，直接切入最前沿的研究方法论、新型聚合物骨架的设计理念以及面向特定工程挑战的先进应用。 全书共分为六个核心部分，涵盖从分子设计到器件集成，为高年级本科生、研究生、研究人员及工业界的工程师提供了一份详尽的参考指南。 --- 第一部分：新型导电聚合物骨架的设计与理性合成 本部分侧重于突破传统聚合物（如聚吡咯、聚苯胺）性能瓶颈的新型分子设计策略。重点讨论了如何通过精确控制聚合物主链结构来调节能带结构、电荷迁移率和环境稳定性。 1. 扩展 $pi$ 共轭体系的构建： 深入探讨了基于噻吩、呋喃、咔唑及其稠合衍生物的低带隙聚合物（Low Band Gap Polymers, LBGP）的设计原理。详细介绍了立体阻碍基团（如给电子的烷基链或氟原子）如何影响聚合物链的堆积模式，进而优化载流子传输通道。讨论了使用Suzuki偶联、Stille偶联等正交化学方法在精确控制分子量分布（Polydispersity Index, PDI）和重复单元顺序性（Regioregularity）方面的最新进展。 2. 主链功能化与侧链工程： 重点解析了通过在主链上引入非共轭间隔基团（如醚键、砜基）来调节聚合物的柔韧性和溶解性的策略。此外，详述了侧链工程在实现功能化方面的作用，包括引入离子液体侧链以提高电化学稳定性，或引入生物相容性基团以适应生物电子学应用。讨论了可控自由基聚合技术（如RAFT、ATRP）在合成具有窄分子量分布的嵌段共聚导电聚合物中的应用。 3. 无掺杂导电聚合物的探索： 本章聚焦于那些无需外部氧化剂或还原剂即可实现高本征电导率的聚合物体系，例如含有内建氧化还原活性中心的聚合物。探讨了通过分子内电荷转移（Intramolecular Charge Transfer, ICT）机制调控电导率的理论模型，并展示了这类聚合物在环境敏感型传感器中的潜力。 --- 第二部分：先进表征技术与结构-性能关系解析 精确的表征是理解导电聚合物行为的关键。本部分详细介绍了用于解析聚合物微观结构、电子状态和动态行为的尖端技术。 1. 电子结构与能带分析： 重点介绍如何利用差分脉冲伏安法（DPV）和循环伏安法（CV）的组合来精确确定氧化还原电位和能带结构。深入讨论了固态/薄膜样品中的固态核磁共振（Solid-State NMR）技术，特别是动态核极化增强固态NMR（DNP-NMR）在解析非晶态区域结构和电荷局域化程度方面的应用。 2. 载流子动力学与传输机制： 探讨了时间分辨光致发光（TRPL）和太赫兹光谱（THz Spectroscopy）在测量载流子寿命和迁移率中的作用。详细阐述了电荷传输是主要依赖于“跳跃机制”（hopping）还是“带状传输”（band-like transport），并讨论了薄膜形貌（晶粒尺寸、取向度）如何通过X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）进行量化分析。 3. 环境稳定性和老化机理： 本章着重分析导电聚合物在氧气、湿气和光照下的降解路径。引入了加速老化测试（Accelerated Aging Tests）的标准协议，并结合了傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱（Raman Spectroscopy）的长期监测数据，以识别氧化、水解和脱掺杂的关键化学信号。 --- 第三部分：能量存储领域的前沿应用 导电聚合物因其快速的氧化还原动力学和结构的可逆膨胀/收缩特性，成为下一代储能器件的理想候选材料。 1. 柔性超级电容器的设计与优化： 详细分析了如何通过3D多孔结构（如模板辅助合成或电化学沉积的纳米阵列）来最大化聚合物的有效表面积和离子扩散路径。讨论了在导电聚合物电极中引入无机赝电容材料（如 $ ext{MnO}_2$ 或 $ ext{V}_2 ext{O}_5$ 纳米片）的杂化策略，以实现能量密度和功率密度的协同提升。 2. 导电聚合物基锂离子电池/钠离子电池负极： 探讨了聚合物作为嵌锂电极时面临的体积变化挑战。介绍了一种“自缓冲”设计思路，即通过设计具有弹性侧链或内部微孔结构的聚合物，以吸收充放电循环中的机械应力，保持结构完整性。 3. 可拉伸电池与自修复技术： 重点介绍将导电聚合物集成到弹性体基质（如PDMS）中的技术，以创建具有高应变稳定性的电极。此外，引入了“动态共价键”或“超分子相互作用”的概念，用于构建具有自修复能力的聚合物电解质或电极材料，显著延长柔性器件的使用寿命。 --- 第四部分：生物电子学与传感界面 本部分聚焦于导电聚合物与生物系统的界面工程，强调其在生物相容性、信号转导以及体内药物递送中的作用。 1. 神经接口与电生理记录： 分析了高电荷注入效率和低阻抗的导电聚合物涂层（如PEDOT:PSS衍生物）在提高微电极阵列（MEA）性能方面的关键作用。探讨了如何通过表面修饰肽段或靶向分子，实现对特定神经元群的选择性记录。 2. 生物传感器与葡萄糖监测： 详细介绍了基于酶催化氧化还原反应的电化学生物传感器。讨论了固定化酶的稳定性问题，以及如何利用聚合物膜作为酶的“保护层”和“电子媒介物”，实现对分析物（如葡萄糖、乳酸）的快速、灵敏检测。 3. 可控药物缓释系统： 阐述了利用聚合物的电响应性来实现药物的按需释放。当施加特定电位时，聚合物发生掺杂态/脱掺杂态的转变，导致聚合物骨架发生溶胀或收缩，从而驱动封装的药物分子释放。对比了体内（in vivo）和体外（in vitro）释药动力学的差异。 --- 第五部分：光电器件中的新兴角色 除了传统的电化学应用，导电聚合物在光电器件，尤其是柔性光伏和光电探测领域也展现出巨大潜力。 1. 有机光伏（OPV）中的电子给体材料： 本章聚焦于新型D-A（给体-受体）结构聚合物的合成，这些聚合物具有窄带隙和高载流子迁移率。深入分析了活性层形貌控制的重要性，以及如何利用溶剂工程和添加剂来优化“体相异质结”（Bulk Heterojunction, BHJ）的纳米尺度相分离结构，以促进激子分离和电荷收集。 2. 有机光电探测器（OPD）： 讨论了聚合物在可见光、近红外甚至紫外波段作为光电探测器材料的应用。重点分析了如何通过调控聚合物的玻璃化转变温度（Tg）和薄膜的分子堆积，来平衡光电响应速度和探测灵敏度。 --- 第六部分：器件制造与规模化挑战 本部分将研究视角从实验室推向工业化，探讨了将高性能聚合物转化为可靠、可制造产品的工程难题。 1. 溶液加工技术： 详尽对比了旋涂（Spin Coating）、喷墨打印（Inkjet Printing）和狭缝涂布（Slot-Die Coating）在制备均匀、大面积导电聚合物薄膜方面的优缺点。讨论了导电聚合物墨水的流变学设计，包括粘度、表面张力和颗粒（如果适用）的分散性对最终器件性能的影响。 2. 环境稳定封装与长期可靠性： 重点讨论了对湿度和氧气敏感的器件的封装策略。比较了原子层沉积（ALD）的超薄、无针孔氧化物屏障层与传统的层压封装技术在长期工作寿命维护方面的效果。 3. 计算辅助设计（CAD）与材料基因组学： 介绍了利用密度泛函理论（DFT）计算预测新型聚合物单体的氧化还原电位和激发态性质的方法。探讨了高通量实验（High-Throughput Experimentation, HTE）平台在加速导电聚合物配方优化和工艺窗口确定的应用潜力。 --- 总结： 《智能材料前沿：导电聚合物的合成、表征与应用》不仅仅是一本关于特定材料的汇编，更是一部关于如何系统地设计、理解和应用高度定制化高分子材料的工程学手册。本书旨在激发读者跳出现有范式，利用前沿化学工具解决未来电子和能源领域的实际难题。

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