根據物質電導率的大小可按圖1加以分類。

  一般高聚物為絕緣體,這是由於其外層電子定域化所致。20世紀50年代末期,人們為瞭擴展高聚物的應用,用改變化學結構的方法來改變其電性能,如引入共軛雙鍵或或形成電荷轉移絡合物等使價電子非定域化,高聚物的電導率可發生十幾至幾十個數量級的變化,從而制成高聚物半導體、高聚物導體、高聚物超導體。

  高聚物半導體的導電機理 為瞭說明導電現象,對晶態高聚物通常采用能帶模型;對非晶態高聚物用跳躍模型。按能帶理論,在具有長程有序和原子密集的固體中,高聚物半導體同金屬半導體一樣,其能級形成導帶和價帶,中間為一能隙分隔,電子經激化進入導帶而在價帶中留下空穴,也起電荷載流子的作用。

  高聚物半導體的電導率σ依賴於載流子的濃度n、電荷q和遷移率μ,其關系為σ=nqμ。電導率與溫度有關,它服從阿倫尼烏斯關系,即:

σσ0exp(-Ec/kT)

式中σ 0為一常數; E c為電導活化能; k為玻耳茲曼常數; T為絕對溫度。因此其電導率隨溫度升高而增高;而導體則相反,電導率隨溫度升高而降低。

  分類 長共軛體系 非成鍵電子或π鍵電子經激活後很易生成載流子,如它們是在一個共軛體系中非定域化的,就能形成一個高遷移率的內部傳導通路,所以長共軛體系形成的是第一類半導體。如聚乙炔

的導電性好,但極容易自動氧化生成—CH═CH—CO—結構而使電導率顯著降低。鹵素摻雜可使聚乙炔薄膜的電導率發生十幾個數量級的變化,使它從絕緣體經半導體變成導體,可做成n型和p型膜,以制成原電池或充電電池。

  平面π電子體系 由於π鍵電子比σ鍵電子有較好的分子間軌道重疊,所以平面芳香性分子可以像卡片那樣堆積,其面間距不大於石墨的面間距(0.335納米)。在垂直於分子平面的方向也能形成電導通路,所以平面π電子體系的堆積是第二類有機半導體或導體。例如聚丙烯腈在250~600℃時通過熱處理得到共軛體系結構(圖2),電導率可達10-2-1·厘米-1。乙烯基乙炔經正離子催化聚合得梯型聚合物,經150~400℃熱處理,得到電導率為10-5-1·厘米-1的共軛稠環聚合物(圖3)。含酞菁結構的金屬聚酞菁的電導率隨螯合中心金屬的不同而異。銅聚酞菁電阻率為5.3×103歐·厘米,而鐵、鋅、錫等聚酞菁的電阻率約為106歐·厘米,含二茂鐵的高聚物在部分Fe(Ⅱ)被氧化為Fe(Ⅲ)後電導率可從10-14-1·厘米-1提高至10-6-1·厘米-1

  電化學法制得的BF4-摻雜的雜環的聚吡咯-BF4以及用AsF5或堿金屬摻雜的聚亞苯基、聚對亞苯基乙炔和聚苯硫醚都具有金屬電導。

  電荷轉移絡合物 在電子給體-受體相互作用時生成電荷轉移絡合物。通常,這類高聚物的電子給體是帶在一個烯類聚合物(如聚乙烯吡啶、聚乙烯咔唑、聚乙烯基萘等)上的,電子受體是低分子化合物(如鹵素、氰基化合物、硝基化合物等),所形成的高分子電荷轉移絡合物在可見光譜上有電荷轉移吸收帶,其電導率往往比其對應的單體電荷轉移絡合物為低,如聚乙烯咔唑-三硝基芴酮是很重要的光導材料。又如聚2-乙烯吡啶與碘的電荷轉移絡合物已被用於心臟起搏器中鋰-碘原電池的陽極。

  高聚物光電導體 物質吸收光後產生導電載流子的現象叫光電效應。光電導材料是指那些在光照時導電性增加的材料,也就是材料在黑暗中是絕緣的,受光激發後是導電的,例如聚N-乙烯咔唑已用於靜電復印,其光導性是1957年由H.霍格耳發現的,它在可見光下為絕緣體,但經三硝基芴酮增敏後,發生電荷轉移,使吸收遷移到可見光區而呈光電導,載流子沿著高分子鏈相鄰的咔唑環進行跳躍傳遞。

  高聚物超導體 70年代初M.M.拉貝斯等發現聚氮化硫

晶體具有金屬性;1975年R.L.格林等報道瞭它在0.26K出現超導性。它是第一個高聚物超導體,是抗磁性的金屬晶體,屬單斜晶系,分子是線型的(圖4), 其各向異性較大。