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      導(dǎo)電塑料的研究進(jìn)展與前景展望

      2018-02-23 14:35:40張夢瑤
      中國科技縱橫 2018年24期
      關(guān)鍵詞:聚合物電子器件

      張夢瑤

      摘 要:導(dǎo)電塑料廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、防靜電材料、導(dǎo)電性材料等領(lǐng)域,因其具有廣泛的應(yīng)用性和良好的兼容性,目前已經(jīng)展開大規(guī)模的應(yīng)用。本文從導(dǎo)電塑料的應(yīng)用基礎(chǔ)出發(fā),分析導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電原理、導(dǎo)電材料的應(yīng)用情況、說明導(dǎo)電材料的發(fā)展前景和展望,最后提出導(dǎo)電塑料的兩個主要發(fā)展方向。

      關(guān)鍵詞:導(dǎo)電塑料;電子器件;聚合物

      中圖分類號:TQ320.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-2064(2018)24-0197-02

      1 引言

      科學(xué)技術(shù)的進(jìn)度帶動了塑料的產(chǎn)生,并推動了塑料工業(yè)的發(fā)展,現(xiàn)如今塑料產(chǎn)品已經(jīng)充斥在我們生活的方方面面,方便我們生活的同時,其固有的絕緣性使得塑料制品無法帶走其表面的靜電荷,在天氣干燥或者是特殊的環(huán)境中,大量積累的凈電荷致使塑料表面沾染灰塵或其他的吸附物,甚至?xí)霈F(xiàn)靜電放電或者電擊[1-2]。對于一些微電子元件、集成電路以及的電子元器件,當(dāng)將其運用到工礦企業(yè)中時,因其對靜電材料十分敏感,極易發(fā)生危險,危害企業(yè)安全。此外,由于微電子行業(yè)極易受到電磁波和射頻干擾,而塑料產(chǎn)品上存在的靜電會使得電磁波干擾和射頻干擾加劇,隨著電子元件不斷朝著輕量小型、高靈敏度和高密集度等方向發(fā)展,塑料產(chǎn)品帶有的靜電會影響電子元件的的控制和傳輸性能,損害電子器件產(chǎn)品。因此,現(xiàn)階段塑料制品都需要一定的導(dǎo)電性能以保障產(chǎn)品的性能[3]。

      現(xiàn)階段,導(dǎo)電塑料可分為兩種形式:一種為結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電塑料,主要是在高聚物產(chǎn)品中摻雜一些可導(dǎo)電性材料,從而使得塑料產(chǎn)品具有導(dǎo)電性能;另外一種導(dǎo)電塑料為填充型導(dǎo)電塑料,主要是在合成樹脂或者塑料產(chǎn)品中通過注射、壓塑等方法在其內(nèi)部添加導(dǎo)電性能良好填料,從而得到導(dǎo)電塑料。目前而言,市面上的導(dǎo)電塑料多時利用結(jié)構(gòu)型和填充型兩種方法結(jié)合而制得,即復(fù)合型導(dǎo)電塑料[4-5]。

      2 導(dǎo)電塑料的工作原理

      現(xiàn)階段,導(dǎo)電材料涉及到有效介質(zhì)理論、濾滲理論、以及量子力學(xué)隧道理論等,本文針對滲濾理論進(jìn)行簡要介紹。

      當(dāng)導(dǎo)電材料中的導(dǎo)電填料數(shù)值到達(dá)一定界限時,其中的導(dǎo)電微粒將會生成導(dǎo)電滲濾網(wǎng)絡(luò),此時的導(dǎo)電微粒的體積分?jǐn)?shù)值被稱為滲濾閾值。利用滲濾閾值能夠很好地解釋材料中的導(dǎo)電填料中電導(dǎo)率的變化情況:電導(dǎo)率在一定導(dǎo)電填料濃度值的一定范圍內(nèi)的變化是不連續(xù)的,但是如果溫度保持不變,電阻率的值會突變,這是因為材料中的導(dǎo)電填料的濃度達(dá)到了滲濾閾值。利用滲濾理論制備導(dǎo)電材料的技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)廣泛開展。

      3 導(dǎo)電塑料的應(yīng)用

      3.1 芯片產(chǎn)業(yè)

      目前的芯片材料幾乎都采用硅,而導(dǎo)電塑料的出現(xiàn)使得芯片產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了新的可替代材料,更為重要的是導(dǎo)電塑料的成本僅為硅材料的十分之一甚至更低,因此具有極其廣闊的前景,很有可能替代硅芯片。塑料芯片在國際上已經(jīng)得到具體應(yīng)用并投入到實際的生產(chǎn)生活中,目前主要應(yīng)用在幾百個種類的電子元器件中。使用塑料材質(zhì)的新式芯片,體積較之前能夠大大減小,同時性能能夠得到大幅度的提升。近年來,全球的塑料芯片生產(chǎn)銷售額高達(dá)上百億美元,發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

      3.2 儲能設(shè)備

      能源產(chǎn)業(yè)中的鎳鉛電池體積和重量都很大,并且重金屬也會對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染問題,導(dǎo)電塑料的出現(xiàn)使得這類能源設(shè)備有了新的突破。目前,美、日、德等國家已經(jīng)應(yīng)用導(dǎo)電塑料成功地研制出了電池,和傳統(tǒng)的儲能設(shè)備相比,這種塑料電池體積小重量輕,并且對環(huán)境的危害遠(yuǎn)小于重金屬蓄電池。隨著環(huán)保意識的提高以及石油資源的枯竭,電動汽車產(chǎn)業(yè)逐漸興起,而高性能的蓄電池是制約電動汽車發(fā)展的一大技術(shù)難題,若利用導(dǎo)電塑料研制出高性能的電池,電動汽車產(chǎn)業(yè)一定會進(jìn)入高速發(fā)展的時代,同時也能對環(huán)境保護(hù)發(fā)揮出巨大的作用,有著廣闊的發(fā)展前景。

      3.3 保護(hù)材料

      靜電和電磁干擾在日常的生產(chǎn)生活中無處不在,為了避免其造成危害,人們使用各種材料來屏蔽靜電和電磁,導(dǎo)電塑料是新興的一種理想材料。通常,產(chǎn)生的靜電荷得不到釋放就會不斷地積累,當(dāng)和精密儀器或者其他設(shè)備接觸時就會釋放電荷,損壞儀器元件;而電磁波會對電子元器件產(chǎn)生干擾,造成電子元件的失靈或者誤動作,所以在生產(chǎn)生活中面對這類設(shè)備儀器時,人們會使用金屬材料。盡管這類材料的導(dǎo)電性能優(yōu)良,但同時也存在弊端,金屬材料的加工困難,而且密度很大,價格昂貴,工作性能很難調(diào)節(jié),但是導(dǎo)電塑料的使用能夠很好地解決這些缺點。

      4 導(dǎo)電塑料的發(fā)展趨勢

      導(dǎo)電塑料一經(jīng)面世就得到包括科學(xué)界和商業(yè)界等眾多人員的關(guān)注,并且研究成果頗豐。但是作為一種材料,不僅要有科研價值,還要有實用價值,應(yīng)該具體應(yīng)用到實際產(chǎn)品中。相比于一些其他的材料,比如電極材料和光器件等,導(dǎo)電塑料應(yīng)用到實際產(chǎn)品中優(yōu)勢并不明顯。針對于這些原因,導(dǎo)電塑料還需要進(jìn)一步的發(fā)展,本文主要從以下幾個方面的發(fā)展進(jìn)行分析。

      4.1 提高導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電率

      以摻入聚乙炔的導(dǎo)電塑料而言,最開始研制出來時導(dǎo)電率約為103S/cm,后來逐漸增大到104S/cm,直到如今,聚乙炔導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電率已經(jīng)到達(dá)105S/cm,與銅的導(dǎo)電率相近。

      除了聚乙炔導(dǎo)電塑料之外,其他聚合物導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電率也在逐漸地升高。

      4.2 導(dǎo)電聚合物的參雜性

      導(dǎo)電性的影響因素有很多,其中材料的參雜劑對塑料的導(dǎo)電性能具有很大的影響,也容易讓導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電性能不穩(wěn)定。針對于這一點,研究自摻雜導(dǎo)電塑料就十分有意義。此外,還有一些研究人員致力于研究不摻雜導(dǎo)電塑料,以磺酸鹽的產(chǎn)品為例,通過加入不同的主鏈,然后保證該離子中不再含有陽離子,往陰離子的方向轉(zhuǎn)換從而生成導(dǎo)電材料。

      4.3 非線性聚苯

      聚苯、環(huán)狀聚苯以及環(huán)狀聚苯乙烯這些大分子產(chǎn)品能夠通過各種各樣的結(jié)構(gòu)排列生成不同的產(chǎn)品,形成具有特殊功能的分子電路材料,并生成分子器件,并逐漸在應(yīng)用中展現(xiàn)出更多的優(yōu)良性能。例如樹枝狀聚苯,金屬離子能夠在其中傳輸,同時伴有發(fā)光現(xiàn)象,可以用作光電轉(zhuǎn)換的材料;而環(huán)狀聚苯這種分子性能更為優(yōu)良,同時擁有光電和磁性。因此,為了保證導(dǎo)電塑料的性能,可以對聚苯進(jìn)行各種任何非線性組合,生成具有導(dǎo)電性能的塑料產(chǎn)品。在分子水平上研究導(dǎo)電聚合物也已經(jīng)成為各路研究學(xué)者作為關(guān)切的內(nèi)容之一。

      5 結(jié)語

      導(dǎo)電塑料具有廣闊的發(fā)展空間,在未來也會應(yīng)用到越來越多的產(chǎn)業(yè)當(dāng)中,就目前來看,導(dǎo)電塑料的發(fā)展趨勢主要包括以下兩個方面:

      (1)深化導(dǎo)電塑料的理論研究,逐漸形成完備的技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)理論作為研究的基礎(chǔ),能夠為生產(chǎn)過程中的參數(shù)和性能等方面提供科學(xué)的技術(shù)支持,并且可以在現(xiàn)有的工藝水平上借助相關(guān)理論進(jìn)行突破,使得導(dǎo)電塑料的性能更加完善,促進(jìn)該領(lǐng)域的長足發(fā)展;(2)不斷提高導(dǎo)電填料的導(dǎo)電性。為了充分發(fā)揮導(dǎo)電塑料的優(yōu)勢,在保證生產(chǎn)成本的同時,要降低產(chǎn)品的添加量,降低導(dǎo)電填料對基體塑料的性能影響,提高材料的導(dǎo)電能力,提高生產(chǎn)的工藝水平。

      參考文獻(xiàn)

      [1]陳勇,官建國,謝洪泉.導(dǎo)電塑料的研究進(jìn)展[J].彈性體,2008,(2):75-81.

      [2]章煒,姚建吉,詹科,等.導(dǎo)電膠研究進(jìn)展[J].科技導(dǎo)報,2018,(10):56-65.

      [3]汪洋.紫外老化對導(dǎo)電塑料壓阻效應(yīng)演化規(guī)律的影響研究[D].寧波大學(xué),2017.

      [4]潘瑋,張曉潔,曲良俊,等.聚氯乙烯/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電材料的制備方法:CN201510145974.3[P].2015-06-17.

      [5]王紅星.柔性聚苯胺復(fù)合電極的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用[D].蘭州大學(xué),2017.

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