导电复合材料.docx

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1、导电复合材料的制备及应用浅析摘要：随着电子工业及信息技术等产业的迅速发展，对于具有导电功能的高分子材料的需求越来越迫切。本文详细介绍了导电高分子材料的分类，介绍了导电复合材料的导电填料的种类及性质，总结了复合型导电高分子材料的制备方法和应用情况。关键词：复合型；导电高分子材料；制备及应用；1.前言通常高分子材料的体积电阻率都非常高，约在1010-1020Ω·cm之间，作为电器绝缘材料使用无疑是非常优良的。但是，随着科学技术的进步，特别是电子工业、信息技术的迅速发展，对于具有导电功能的高分子材料需求愈来

2、愈迫切。世界各国无论是学术界还是产业界都在积极地对这一新兴功能材料进行研究与开发。关于导电高分子的定义，到目前为止国内外尚无统一的标准，一般是将体积电阻率ρV小于1010Ω·cm的高分子材料统称为高分子导电材料。其中将ρV在106-1010Ω·cm之间的复合材料称为高分子抗静电材料；将ρV在100-106Ω·cm之间的称为高分子半导电材料；将ρV小于100Ω·cm的称为高分子导电材料。按照结构和制备方法的差异又可将导电高分子材料分为结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。结构型导电高分子材料

3、(或称本征高分子导电材料)是指分子结构本身能导电或经过掺杂处理之后具有导电功能的共扼聚合物，如聚乙炔、聚苯胺、聚毗咯、聚噬吩、聚吠喃等。复合型导电高分子材料是指以聚合物为基体，通过加入各种导电性填料(如炭黑、金属粉末、金属片、碳纤维等)，并采用物理化学方法复合制得的既具有一定导电功能又具有良好力学性能的多相复合材料。目前结构型导电高分子材料由于结构的特殊性与制备及提纯的困难，大多还处于实验室研究阶段，获得实际应用的较少，而且多数为半导体材料。复合型导电高分子材料，因加工成型与一般高分子材料基本相同，制

4、备方便，有较强的实用性，故已较为广泛应用。本论文主要研究了复合型导电高分子材料的制备以及应用。2.复合型导电高分子材料2.1复合型导电高分子材料概述复合型导电高分子材料在工业上的应用始于20世纪60年代。复合型导电高分子材料是采用各种复合技术将导电性物质与树脂复合而成的。按照复合技术分类有:导电表面膜形成法、导电填料分散复合法、导电填料层压复合法三种。复合型导电高分子材料的分类方法有多种。根据电阻值的不同，可划分为半导电体、除静电体、导电体、高导电体。根据导电填料的不同，可划分为碳系(炭黑、石墨等)、

5、金属系(各种金属粉末、纤维、片等)。根据树脂的形态不同，可划分为导电橡胶、导电塑料、导电薄膜、导电粘合剂等。还可根据其功能不同划分为防静电、除静电材料、电极材料、发热体材料、电磁波屏蔽材料。导电复合材料具有质轻、不锈、耐用、导电性能稳定、易于加工成型为多种结构的产品、可以在大范围内根据需要调节材料的电学和力学性能、成本低、适于大规模大批量生产等特点。与结构型导电高分子材料不同，导电高分子复合材料大都已经过实验室研究阶段而进入了工业化生产阶段，其应用普遍，受到越来越多用户的欢迎。2.2复合型导电复合材料

6、几种导电理论复合型导电复合材料主要是通过在这类聚合物中添加抗静电剂或导电填料来制备导电复合材料。由于加抗静电剂的导电复合材料导电性不稳定，因此目前主要利用加导电填料来制备各种聚合物基导电复合材料。其导电机理有如下几种理论:(1)导电通道学说，此学说认为导电填料加到聚合物后不可能达到真正的多相均匀分布，总有部分带电粒子相互接触而形成链状导电通道，使复合材料得以导电。这种理论已被大多数学者所接受。(2)隧道效应学说，尽管导电粒子直接接触是导电的主要方式，但Polley和Boonstra利用电子显微镜观察后

7、，发现炭黑填充橡胶的复合体系，存在炭黑尚未成链且在橡胶延伸状态下亦有导电现象。通过对电阻率与导电粒子间隙的关系研究，发现粒子间隙很大时也有导电现象，这被认为是分子热运动和电子迁移的综合结果。(3)电场发射学说，Beek等人研究了界面电压-电流非欧姆特性问题。他们认为由于界面效应的存在，当电压增加到一定值后，导电粒子间产生的强电场引起了发射电场，促使电子越过能垒而产生电流，导致电流增加而偏离线性关系。由此提出“电场发射理论”。聚合物基导电复合物材料的实际导电机理是相当复杂的，但现阶段主要认为是导电填料的

8、直接接触和间隙之间的隧道效应的综合作用。2.3导电填料的种类导电填料的种类很多，常用的可分为炭系和金属系两大类。炭系填料包括炭黑、石墨和碳纤维等；金属系主要有铝、铜、镍、铁等金属粉末、金属片和金属纤维。(1)碳系填料填充导电复合材料碳系导电填料有炭黑、碳纤维、石墨等。目前，炭黑在聚合物基导电复合材料上的应用最为广泛，因为它不仅价格低，而且加入量少，导电性也好。大量研究表明，炭黑粒子的尺寸越小，结构越复杂，炭黑粒子比表面积越大，表面活性基团越少，极性越强，