1.概述
结构型导电塑料又称本征型导电塑料，是一种具有π键的高分子聚合物经过了掺杂处理后，使之成为自身具有导电性的高分子化合物。这种聚合物中π电子在整个分子链上不是呈定域（绝缘状态），而为离域状态，即分子结构中带有载流子（电子或离子），它们的作用如同金属中的自由电子一样，可在电阻很小的分子结构体中输送输入的电子移动，呈自身导电性。纯结构型导电性塑料的导电性不好，但经掺杂质酸子、三氧化铝、五氟化砷等掺杂物处理后可大大地提高导电性，成为有实用价值的导电塑料。
结构型导电塑料可设计不同分子结构和掺杂不同的掺杂物，配制成似金属高导电率和半导体（P型和N型）特性多样化分子结构的高分子材料，其电导率可在绝缘体→半导体→导电体范围内变化（10-9～105S/cm），且有质轻、耐蚀、防锈等特点，可制作导电或半导体产品用于电磁屏蔽、防静电、分子导线等工程，也可作光电子器件、发光二极管等半导体器件，且利用可选择性可设计灵敏度高、重复性好的气体或生物传感器。目前，导电塑料的导电水平虽已可与高导电性的铜、银金属材料相当，但性能不稳定，重复性差，性能不均匀，电导率分布范围窄，成本高，刚性大，不溶不熔，加工困难，且掺杂物都有毒性，腐蚀性强，因此结构型导电塑料尚未广泛应用。
结构型导电塑料品种很多，可分为共轭高聚物、高分子电荷转移络合物、金属有机聚合物和高分子电解质等。其中，共轭高聚合物应用较普遍，主要品种有：聚苯胺（PAn）、聚对亚苯基（PPp）、聚乙炔（Pa）、聚对亚苯基乙炔（PPv）、聚吡咯（PPy）和聚噻吩（PTh）等，本节主要介绍共轭高聚物的性能。
2.共轭高聚物结构型导电塑料的性能
（1）聚苯胺 聚苯胺（PAn）具有良好的电导性和稳定性，电导率可达10-2～10S/cm，且耐氧化、耐热性好、分解温度为360℃，改变结构可制成具有电致变色、可逆电化学反应及光电性能的材料，因此是导电塑料中颇受关注的品种。其主要缺点是不溶不熔，难以成型加工，为此人们对其进行了改性研究，开发了可溶性PAn，用其可制成有一定强度的薄膜和纤维制品。其主要性能特点如下：
1）导电性。商品PAn的电导率一般为2～4S/cm，且其随温度的升高而增大，同时与电位高低、pH值变化有密切关系。一般在高或低电位时电导率低，在0.4V左右时电导率最高；pH值>4时导体变成绝缘体，当2<pH<4时电导率随pH值下降而迅速增加，而pH<2时则呈金属导体特性。这种半导体特性，尤其适用于制造半导体器件。
2）电化学性质和电致变色性。PAn是一种电活性材料，在电解质溶液中可作电极材料进行电化学反应，具有氧化还原可逆性。如作二次电池的电极材料，可增加充电容量及使用寿命。又如，PAn全塑电池在1.0～1.7V之间以1mA/cm2的电流密度进行光放电，充放电效率为100%，充电容量为40Ah/kg，可循环使用2000次以上。
PAn还具有电致变色功能，在电位从-0.2V→+0.8V→+1.0V的过程中，PAn薄膜可从淡黄色→黄绿色→蓝黑色。响应时间为100ms，循环次数为106次，可作大型电改变色膜，其柔软性好，可用于军事上作伪装隐身和节能窗涂层。另外，通过改变组分及调节电位等方法还可得到不同的变色效果，如当PAn处于非导电状态时会呈浅蓝色，故又可用作窗户、汽车玻璃遮阳光隔热膜。
3）其他。PAn还有很多特性，如在光辐射下可产生光电流；在激光作用下具有非线性光学性能；在外加电压作用下会产生体积膨胀，将电能转换为机械能。此外，PAn还有吸收微波、电磁屏蔽、抗静电、选择性分离离子等功能，且其化学稳定性，耐蚀性优良，其涂层抗划伤性优良，故可作金属表面的防腐层。
鉴于PAn具有多种特性，所以其使用范围较广。
（2）聚对亚苯基乙炔 聚对亚苯基乙炔（PPv）的结晶体为半导电体，经硫酸掺杂后可成为导电体，电导率高达1000S/cm以上。其力学性能好，有良好的非线性光学性能，具有电致发光功能，是发光二极管的重要材料。PPv虽然加工困难，但目前可采用预聚物再通过减压抽真空加热转化工艺制成薄膜。另外，通过改性方法现已配制成可溶于氯仿、甲苯的聚2，5-二庚基对亚苯基乙烯，简称为Hp-PPv，它可用流延法作成薄膜。
（3）聚对亚苯基 聚对亚苯基（PPp）具有较高的导电性，良好的耐热性和空气中的稳定性，可进行N型和P型掺杂。其导电率为102S/cm，有电化学反应特性，可作电极材料。它不溶不熔，聚合度低，强度差，加工困难，因此采用可溶性预聚体先成型，然后再转化为PPp结构的方法制作薄膜。
（4）聚噻吩 聚噻吩（PTh）具有导电性好、可溶性、稳定性好等特点，其改性品种聚烷基噻吩导电率为5.1×102S/cm；聚3-磺酸烷基噻吩（水溶性噻吩）导电率为10-7～10-2S/cm（自掺），掺杂溴后电导率可达10-1S/cm，其水溶液可用于浇注成型。
（5）聚吡咯 聚吡咯（PPy）的衍生物，如聚3-烷基吡咯、聚3-烷基噻吩吡咯、聚二氢苯并二吡咯等，可作导电材料，具有良好的导电性、（室温电导率103S/cm），化学稳定性、空气稳定性和耐低温性，但力学性能不良，故常采用与PVC、PVA、PI复合或加入聚己内酰胺等纤维填料来改善力学性能，可制作成薄膜或双层薄膜及纤维制品或复合材料，可作二次电池电极及PPy/PA6/PPy/PET复合导电纤维。
（6）聚乙炔 聚乙炔（Pa）是早期开发的导电塑料，经掺杂处理后电导率为104S/cm，经双向拉伸后电导率可达105S/cm，但加工性不良，目前应用较少。
3.结构型导电塑料的应用及选料
大多数结构型导电塑料除了具有导电性外，都有某些特殊的性能，如光电效应、电致变色、电化学活性，以及对气体、温度、pH值、湿度等参数变化的敏感性等。但不同品种显示的性能强弱程度不同，故可从中选用适当特性的品种，用于不同场合。(www.xing528.com)
（1）选料注意事项 在选料过程中，要注意以下事项：
1）结构型导电塑料的体积电阻率一般为106Ω·cm，电导率为104～105S/cm。若大于此值，则不宜选用。
2）加工性差，一般常配制成薄膜、涂料及纤维制品，不宜用作模型制品。
3）耐蚀、防锈性优良，且质轻，具有各类特殊性能。但其强度、耐热性不及金属类导体，不宜作承重和耐高温结构的零件。
4）多数结构型导电塑料价格较高。
（2）几种结构型导电塑料的应用 主要用于以下几方面：
1）用作电池。用结构型导电塑料制作的电池，具有质轻、体积小、耐蚀、能量密度高、电容量大、充电效率高、使用寿命长、重复使用次数多等许多优点，因此成为人们重点关注的课题，目前已利用聚苯胺、聚对苯、聚噻吩、聚吡咯、聚乙炔等薄膜作电极开发了二次电池、钮扣电池、太阳能电池、光电池等各类塑料电池，用于手机、计算机、照相机、录像机、手表和电视等产品中。
2）电磁屏蔽及抗静电。利用聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔等塑料配制的涂料、薄膜或纤维织物，其电导率可调节到10-2～10-6S/cm的范围，即可具有电磁屏蔽及抗静电功能，屏蔽或抗静电层制作方便，效果好，耐久性长，且不会影响制品原材料的性能，故应用较普遍。但不同材料效果不同，如聚吡咯在30～300MHz范围内，屏蔽效率可达30dB（A），但对低频及磁性屏蔽效果差。又如聚苯胺薄膜在>105Hz时屏蔽率可达18dB（A），因此应按制品要求酌情选料。
3）电子元器件。聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等塑料在氧化态下是导体，而在还原态是绝缘体。利用该特性可制作二极管、晶体管、场效应晶体管中的P型结、N型结或P-N型结，薄膜还可用作电解电容器，双电荷层电容器的电解质和电极，目前还在研制分子电器，以克服硅片尺寸更微细化的困难。但这些导电塑料制作的多种结元件性能还不及无机半导体，尚需进一步改进。
4）电显示效应。聚苯胺、聚邻苯二胺、聚间氨基苯磺酸、聚苯胺/聚丙烯酸钠等导电性塑料在电压作用下会发生电化学活性反应，使其氧化态发生变化导致聚合物变色，即电致变色反应。如聚苯胺随着电压变化可从淡黄色变成黄绿色、蓝黑色、如果将几种导电高分子物混合后可形成电致全色变化反应，从无色→红色→绿色→蓝色。因此，导电高分子物可作电致变色器，用于军事伪装、发光二极管、大面积变色膜、自动调节光玻璃、广告显示器件。有些导电高聚物在非导电态时呈蓝色，导电时呈透明状，因此其涂料或薄膜可作挡太阳能热辐射，不吸收红外线的隔热性材料。
5）导电材料及导电复合材料。结构型导电塑料目前已用作飞机、航天器中用的轻质导体配线，但长期目标是开发长距离输电导线。此外，目前薄膜及水溶液还用作透明导电体、透明电涂层、光刻液、电解液、各向导电性差异大的导电制品等。
结构型导电塑料常与PP、PE等通用塑料配制复合导电塑料，或与SiO2、炭黑等填料配制填充改性导电塑料。
6）光学器件。聚苯胺等聚合物有光电特性，导电后可变成透明涂层，可防止光腐蚀，还可产生非线性光学特性，涂层已用于光化学器件的半导体电极来提高性能或用作光电转换元件等。
7）传感器。聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯等聚合物在温度、湿度、pH值变化或接触生物活性物质及某些气体时，其电导率会发生变化；因此可利用这特性制作各类传感器，如温度传感器、有害气体或pH值检测器等。目前，人们还开发研制了酶传感器及抗原抗体、免疫等各种生物传感器。
8）选择性离子分离膜。如采用不同种类或不同浓度的掺杂剂可制成具有精确选择性的气体分离膜，其分离系数比现有的聚三氟氯乙烯、硝酸纤维素、氟化聚酰胺等分离膜高2～10倍。
9）金属防腐。多数结构型导电塑料具有优良的耐蚀性，如聚苯胺涂料可使Fe、Al、Cu、Ag等金属有良好的防腐蚀、防氧化作用，且涂层抗划伤性好，常用作船体等金属制品的防腐，防污和防锈涂料。
10）其他。结构型导电塑料还有许多特性，如吸收微波，可作隐形涂料；加电体积变化特性，可将电能转换机械能用作人工肌肉；聚苯胺对某些电活性物质（催化剂）有选择性，因此可用其作为载体促进催化作用。
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