涂料导电剂(掺杂型导电涂料的导电机理与导电影响因素)
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篇首语：坚志而勇为，谓之刚。刚，生人之德也。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了涂料导电剂(掺杂型导电涂料的导电机理与导电影响因素)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
涂料导电剂(掺杂型导电涂料的导电机理与导电影响因素)
如前所述，导电涂料分为结构型导电涂料和掺杂型导电涂料。结构型导电涂料是以导电高聚物为基本成膜物质, 以高聚物自身的导电功能使涂层导电。难以实现呢！
掺杂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, 其导电过程是靠金属微粒提供自由电子载流子来实现。简单易行哦！
掺杂型导电涂料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, F Butch 提出了复合型导电高聚物的导电无限网链理论[19], 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[11], 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炭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。 在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电粒子上产生电流, 即场致发射机理起主要作用。
导电影响因素：
1.1 聚合物的种类及性质对导电性能的影响
聚合物作为成膜物质是涂层中的骨架, 选择成膜树脂主要考虑的因素有: 相对分子质量、表面张力、结晶度及粘度。相对分子质量的大小不仅影响涂层的力学性能, 而且直接影响界面层的厚度。相对分子质量过小, 力学性能差; 相对分子质量过大,界面层太厚, 金属微粒间的电桥效应将遭到破坏, 涂层的导电性能将呈直线下降。 以不同种类聚合物树脂为基体的掺合涂料的导电性能随聚合物表面张力的减小而升高, 表现为表面张力越小, 临界浓度越低。若聚合物的结晶度越高, 则聚合物非晶区中导电填料的浓度就越高, 粒子间的间距就越小, 形成空间导电网络的几率就越大。 粘度直接影响导电填料与基体间的界面作用, 粘度越低, 其界面作用越弱, 导电填料在树脂基体中的分散性就越好, 愈易形成空间导电网络[12]。
1.2 导电填料的种类及性质对导电性能的影响
能用作导电涂料的导电材料通常为金属微粒, 金属微粒的形状、用量、稳定性、表面效应等均会影响涂层的导电性能。 一般来讲, 选择薄片状或树枝状金属填充的涂料比球状金属填充的涂料导电性能好。导电填料的用量达到临界浓度时才会形成空间导电网络, 涂层的导电性能才会显著提高。 对一些易氧化的金属(如Cu) 必须在涂料中添加相应的抗氧化剂[21，22]。 另外为了使导电填料和基体树脂应具有一定的亲和性和润湿性, 还需加入一定的分散剂和偶联剂等。 但填料的分散性也不能太好, 否则使粒子间的连接与基料聚合物先析出同时进行, 形成均一构造的涂膜, 电导率下降[13，20]。
1.3 导电填料分散性对导电填料的影响
填充型导电涂层导电机理的研究表明，增加导电粒子间的接触数，减小导电粒子间聚合物薄层的厚度有利于涂层导电性的提高。当聚合物的表面张力较小时，有利于聚合物对填料粒子的湿润与分散，使导电粒子间接触点总数增加，从而易于导通，减小了导电填料的渗滤阈值，涂层的电导率也增加。分散剂能大大提高导电填料的分散效果，从而提高涂层导电性能。如炭黑- 醇酸导电涂料中,用2.5 wt.%硅烷偶联剂KH550分别对炭黑和醇酸树脂进行处理后,所得的体系具有良好成膜性的同时,导电性良好。
此外，聚合物的分子量也影响导电填料的分散性及其粒子间间隙的厚度，从而影响涂层导电性。在满足涂层物理机械性能要求的前提下，分子量以小为佳。
涂层材料与技术
早期指导论文工作
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