论文_导电涂料[1]

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1、导电涂料一．概念应用新型功能材料的研发技术是衡量一个国家生产力发展水平的因素之一,它可以影响电子、航空航天、通信等诸多领域的发展,导电材料就是其中之一导电涂料是指涂于非导电体底材上，使之具有一定的传导电流和消散静电荷能力的功能性涂料。导电涂料由于其特殊的功能,可用于消除静电、电磁屏蔽、电加热和防腐蚀，在现代电子、建筑、运输和军事等各个领域得到了广泛应用。诺贝尔化学奖授予AlanJHeeger、AlanGMacdiar和HidekiShrakawa这三位科学家在20世纪70年代末对导电聚合物的研究。他们合作发现,反式聚乙炔用少量碘掺杂后显现的导电性为普通聚合

2、物的几千万倍，并开发了如聚苯胺、聚唾吩、聚亚乙烯基苯和聚二烷基药。目前,一些工业发达的国家都在开发导电涂料,其中日本和美国在这方面起步较早,研制的大多数产品是镍粉、铜粉、银粉以及炭黑等填充的导电涂料。导电涂料作为导电使用的涂层,在电子工业、建筑工业以及航空技术等方面都具有重要的实用价值。本文主要综述了本征型导电涂料和掺杂型导电涂料的研究进展。二．分类，组成，性质2.1导电涂料按其组成及导电机理可分为两大类:掺合型导电涂料和本征型导电涂料。2.2掺合型导电涂料是在绝缘高聚物中掺入金属微粒使高聚物具有导电性能，这种导电性能并非高聚物固有的特性，其导电过程是靠掺

3、入的导电微粒提供自由电子载流子来实现的，如石墨、炭黑、金属等。它既具有导电功能,同时又具有高分子聚合物的许多优异特性,可以在较大范围内根据使用需要调节涂料的电学和力学性能,并且成本较低,简单易行,因而获得较为广泛的应用。掺杂型导电涂料由高分子聚合物、导电填料、溶剂及助剂等组成。常用的导电填料有金属系填料、碳系填料、金属氧化物系填料、复合填料、新型纳米导电填料等。2.3本征型导电涂料是指以本征型导电聚合物为成膜物质所制成的导电涂料。目前,导电高分子用于导电涂料的制备方法大多集中在直接利用导电高分子作成膜树脂、导电高分子与其他树脂混合使用、导电高分子材料作为导

4、电填料使用等方面,其中最典型的代表有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚喹啉等是目前较为活跃的一个研究领域,而研究较多的是聚苯胺与聚吡咯。三．成膜物及颜填料具备的特性3.1掺杂型导电涂料基本机理掺合型导电机理一般可分为导电回路如何形成以及回路形成后如何导电两个方面。在1972年，FButch提出了复合型导电高聚物的导电无限网链理论，该理论认为在含有金属微粒的高聚物体系,当金属微粒的浓度达到某一临界值(亦称为导电填料在该基体内的临界浓度)后,体系内的金属微粒便会“列队”形成一个导电无限网链,导电微粒的“列队”作用就如同桥的作用,使自由电子载流子从高聚物的这一端经过桥达

5、到另一端,从而使绝缘体变成了半导体或导体,其导电性取决于涂层中由金属微粒构成的导电网链质量的优劣。热力学理论认为,合成树脂基体与导电填料之间的界面效应对掺合体系中导电回路的形成有很大影响。在导电涂料制备过程中导电填料粒子的自由表面变成湿润的界面,在基体与填料之间形成了界面层,体系产生了界面能过剩.随着导电填料的增加,界面能过剩不断增大,因此,导电填料的临界浓度是一个与体系界面能有关的参数。当体系界面能过剩达到一定程度,导电粒子开始形成导电网络,宏观上表现为体系的电阻率突降。此理论能很好地解释碳黑填料的导电涂料的导电性能.形成导电回路后如何导电主要涉及电子传

6、输问题.掺合型导电涂料的导电机理是导电通道、隧道效应、场致发射三种机理相互竞争的结果。导电通道机理是由于涂层中的部分导电粒子能够相互接触而形成链状导电通道,使复合材料得以导电.添加较多的导电填料条件下,主要是导电通道起主要作用。隧道效应与场致发射机理认为,涂层导电不是靠导电粒子直接接触导电,而是由于热振动或内部电场作用使电子在粒子间迁移而形成电流。在低导电填料含量,低外加电压下,导电粒子的间距较大,形成链状导电通道的几率较小,此时隧道效应起主要作用;在低导电填料含量,高外加电压下,此时导电粒子间的内部电场很强,电子将有很大的几率飞跃树脂界面层而跃迁到相邻导

7、电粒子上产生电流,即场致发射机理起主要作用。3.2成膜物及填料具备的特性（以石墨导电涂料为例）石墨是一种高导电层状材料,将其作为导电填料,并与导电聚合物复合可制备出导电性能优良的聚合物基复合材料。石墨涂料以其良好的导电性、低廉的价格及操作工艺简单的特点,在彩管玻壳内外涂敷方面具有不可替代的位置。为使涂料涂层有良好的导电性,须经深加工制备高纯超微细石墨,才能满足需要。天然石墨的晶体结构可分为晶质(鳞片状)和隐晶质(土状)两种。在高倍镜下观察,鳞片石墨制成的涂片,石墨粒子之间相互重叠,粒子间无空隙,因此导电性能好;土状石墨粒子间虽排列紧密,但粒子外形很不规则,

8、表面粗糙,与鳞片石墨相比导电性稍差,但仍可满足低阻内导电石墨涂料的