導(dǎo)電塑料的研究進(jìn)展與前景展望

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)

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