復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料淺析

涂家祎

摘 要：高分子導(dǎo)電材料一直是導(dǎo)電材料中的重點(diǎn)研究對(duì)象。其中，復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料因其特有的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于通信、電子、電力等領(lǐng)域。簡(jiǎn)要介紹了復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的分類和應(yīng)用情況，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料；聚合物；摻雜劑；腐蝕性

中圖分類號(hào)：TQ317 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.029

高分子導(dǎo)電材料是指具有導(dǎo)電功能（金屬導(dǎo)電性、半導(dǎo)電性、超導(dǎo)電性）、電導(dǎo)率為10-6 S/cm的聚合物。按照材料結(jié)構(gòu)和制備方法的不同，可將其分為結(jié)構(gòu)型高分子導(dǎo)電材料和復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料。

結(jié)構(gòu)型高分子導(dǎo)電材料是指高分子結(jié)構(gòu)本身能夠?qū)щ?，或者?jīng)過(guò)摻雜處理后具備一定導(dǎo)電能力的共軛聚合物。聚噬吩、聚乙炔、聚砒咯和聚吠喃等聚合物就是應(yīng)用頻率最高的高分子導(dǎo)電材料。它們受到了材料、電子、化學(xué)等領(lǐng)域?qū)＜业母叨汝P(guān)注。雖然這類材料的應(yīng)用范圍較廣，但是，在其使用過(guò)程中，也存在許多問(wèn)題。因?yàn)檫@類聚合物的剛性大、難熔、成型困難，而且重復(fù)使用率比較低，所以，應(yīng)用成本比較高。如果作摻雜處理，那么，摻雜劑的毒性和腐蝕性比較大，也會(huì)影響其性能。這些缺點(diǎn)限制了結(jié)構(gòu)型高分子導(dǎo)電材料的使用。因此，相關(guān)專家將他們的目光轉(zhuǎn)向了復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料。

20世紀(jì)60年代，復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料被應(yīng)用于工業(yè)中。它是利用復(fù)合工藝將各種導(dǎo)電填料與聚合物、橡膠等聚合在一起制成的具有導(dǎo)電能力的復(fù)合材料。與結(jié)構(gòu)型高分子導(dǎo)電材料相比，它質(zhì)量輕、容易加工、成本低，能夠根據(jù)使用需求調(diào)節(jié)材料的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。因?yàn)閺?fù)合型高分子導(dǎo)電材料的性能好、優(yōu)點(diǎn)多、實(shí)用性強(qiáng)，所以，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化電子工業(yè)中。

1 分類及其特點(diǎn)

根據(jù)添加物種類的不同，可將復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料分為填充復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料和共混復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料。

1.1 填充復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料

在基體聚合物中加入導(dǎo)電填料，利用混合工藝制成的就是填充復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料。常用的填充導(dǎo)電材料有金屬系材料和碳系材料，基體聚合物則有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂、聚氯乙烯和ABS樹脂等。

1.1.1 金屬系填充復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料

金屬系填充復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料的填充物是高導(dǎo)電性的金屬纖維和金屬粉末等，基體為電絕緣性高分子。在選取金屬時(shí)，要選擇穩(wěn)定性好、不易被氧化的金、銀、銅、鎳等。但是，在此要注意，金、銀的價(jià)格比較高，密度也比較大，一般情況下，可將其應(yīng)用于要求較高的電子元件或電氣裝置中。雖然銅、鎳的價(jià)格低，導(dǎo)電性也不錯(cuò)，但是，它們?nèi)菀妆谎趸?，?dǎo)電性也不穩(wěn)定，所以，多被應(yīng)用于要求不太高的印刷線路引線材料或電磁屏蔽材料中。

1.1.2 碳系填充復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料

碳系填充復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料的填充物是炭黑、石墨和碳纖維等。其中，炭黑的應(yīng)用率最高，因?yàn)樗芏刃?、成本低、?dǎo)電性能好，但是，唯一的缺點(diǎn)就是它是黑色的，會(huì)影響產(chǎn)品的美觀性。雖然石墨的性能不錯(cuò)，但是，其中的雜質(zhì)比較多，使用前要作相應(yīng)的處理，比較麻煩，而且還會(huì)增加使用成本。而碳纖維則具有強(qiáng)度高、添加量少、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 共混復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料

共混復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料是在基體聚合物中加入結(jié)構(gòu)型高分子導(dǎo)電材料的顆?；蛘叻勰?，然后采用相關(guān)工藝復(fù)合而成的。聚苯胺、聚吡咯是最常用的結(jié)構(gòu)型高分子。目前，聚苯胺是最有價(jià)值的高分子導(dǎo)電材料之一，它具有環(huán)境穩(wěn)定性好、電化學(xué)性能好、成本低、易于合成等優(yōu)點(diǎn)，可用于熔融或者溶液加工中。聚吡咯是相關(guān)人員最早研究的高分子材料，經(jīng)過(guò)一定的處理后，其最高電導(dǎo)率達(dá)102 S/m，而且它在空氣中的狀態(tài)比較穩(wěn)定，制備方便，很容易發(fā)生電化學(xué)聚合反應(yīng)，形成致密導(dǎo)電薄膜。在共混時(shí)，使用的混合方法有熔融共混法、機(jī)械共混法、吸附聚合法和溶液共混法等。

2 復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料的應(yīng)用

20世紀(jì)80年代，復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料因其性能優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用。材料的電導(dǎo)率不同，功能不同，其適用的領(lǐng)域也不同，具體情況如表1所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

因?yàn)閺?fù)合型高分子導(dǎo)電材料具有導(dǎo)電性能好、質(zhì)量輕、能夠大規(guī)模生產(chǎn)、成本低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，所以，它受到了人們的高度關(guān)注。經(jīng)過(guò)幾十年的研究，目前，它已被廣泛應(yīng)用于信息產(chǎn)業(yè)、光電子元件和傳感器制造、隱身技術(shù)、電磁屏蔽技術(shù)等方面，有廣闊的發(fā)展前景。相信隨著科技的進(jìn)步，類似于碳納米等性能良好的填充材料也將會(huì)被應(yīng)用，而相關(guān)人員也越來(lái)越重視對(duì)復(fù)合型高分子導(dǎo)電材料的研究。

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