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导电塑料的研究进展与前景展望

文章来源:和记h88

发布时间:2020-07-06 11:49

发布人和记娱乐

  摘 要:导电塑料广泛应用于半导体、防静电材料、导电性材料等领域,因其具有广泛的应用性和良好的兼容性,目前已经展开大规模的应用。本文从导电塑料的应用基础出发,分析导电塑料的导电原理、导电材料的应用情况、说明导电材料的发展前景和展望,最后提出导电塑料的两个主要发展方向。

  科学技术的进度带动了塑料的产生,并推动了塑料工业的发展,现如今塑料产品已经在我们生活的方方面面,方便我们生活的同时,其固有的绝缘性使得塑料制品无法带走其表面的静电荷,在天气干燥或者是特殊的中,大量积累的净电荷致使塑料表面沾染灰尘或其他的吸附物,甚至会出现静电放电或者电击[1-2]。对于一些微电子元件、集成电以及的电子元器件,当将其运用到工矿企业中时,因其对静电材料十分,极易发生,危害企业安全。此外,由于微电子行业极易受到电磁波和射频干扰,而塑料产品上存在的静电会使得电磁波干扰和射频干扰加剧,随着电子元件不断朝着轻量小型、高灵敏度和高密集度等方向发展,塑料产品带有的静电会影响电子元件的的控制和传输性能,损害电子器件产品。因此,现阶段塑料制品都需要一定的导电性能以保障产品的性能[3]。

  现阶段,导电塑料可分为两种形式:一种为结构型导电塑料,主要是在高聚物产品中一些可导电性材料,从而使得塑料产品具有导电性能;另外一种导电塑料为填充型导电塑料,主要是在合成树脂或者塑料产品中通过注射、压塑等方法在其内部添加导电性能良好填料,从而得到导电塑料。目前而言,市面上的导电塑料多时利用结构型和填充型两种方法结合而制得,即复合型导电塑料[4-5]。

  现阶段,导电材料涉及到有效介质理论、滤渗理论、以及量子力学隧道理论等,本文针对渗滤理论进行简要介绍。

  当导电材料中的导电填料数值到达一定界限时,其中的导电微粒将会生成导电渗滤网络,此时的导电微粒的体积分数值被称为渗滤阈值。利用渗滤阈值能够很好地解释材料中的导电填料中电导率的变化情况:电导率在一定导电填料浓度值的一定范围内的变化是不连续的,但是如果温度保持不变,电阻率的值会突变,这是因为材料中的导电填料的浓度达到了渗滤阈值。利用渗滤理论制备导电材料的技术现已经广泛开展。

  目前的芯片材料几乎都采用硅,而导电塑料的出现使得芯片产业出现了新的可替代材料,更为重要的是导电塑料的成本仅为硅材料的十分之一甚至更低,因此具有极其广阔的前景,很有可能替代硅芯片。塑料芯片在国际上已经得到具体应用并投入到实际的生产生活中,目前主要应用在几百个种类的电子元器件中。使用塑料材质的新式芯片,体积较之前能够大大减小,同时性能能够得到大幅度的提升。近年来,全球的塑料芯片生产销售额高达上百亿美元,发展潜力巨大。

  能源产业中的镍铅电池体积和重量都很大,并且重金属也会对产生严重的污染问题,导电塑料的出现使得这类能源设备有了新的突破。目前,美、日、德等国家已经应用导电塑料成功地研制出了电池,和传统的储能设备相比,这种塑料电池体积小重量轻,并且对的危害远小于重金属蓄电池。随着环保意识的提高以及石油资源的枯竭,电动汽车产业逐渐兴起,而高性能的蓄电池是制约电动汽车发展的一大技术难题,若利用导电塑料研制出高性能的电池,电动汽车产业一定会进入高速发展的时代,同时也能对发挥出巨大的作用,有着广阔的发展前景。

  静电和电磁干扰在日常的生产生活中无处不在,为了避免其造成危害,人们使用各种材料来屏蔽静电和电磁,导电塑料是新兴的一种理想材料。通常,产生的静电荷得不到就会不断地积累,当和精密仪器或者其他设备接触时就会电荷,损坏仪器元件;而电磁波会对电子元器件产生干扰,造成电子元件的失灵或者误动作,所以在生产生活中面对这类设备仪器时,人们会使用金属材料。尽管这类材料的导电性能优良,但同时也存在弊端,金属材料的加工困难,而且密度很大,价格昂贵,工作性能很难调节,但是导电塑料的使用能够很好地解决这些缺点。

  导电塑料一经面世就得到包括科学界和商业界等众多人员的关注,并且研究颇丰。但是作为一种材料,不仅要有科研价值,还要有实用价值,应该具体应用到实际产品中。相比于一些其他的材料,比如电极材料和光器件等,导电塑料应用到实际产品中优势并不明显。针对于这些原因,导电塑料还需要进一步的发展,本文主要从以下几个方面的发展进行分析。

  以掺入聚乙炔的导电塑料而言,最开始研制出来时导电率约为103S/cm,后来逐渐增大到104S/cm,直到如今,聚乙炔导电塑料的导电率已经到达105S/cm,与铜的导电率相近。

  导电性的影响因素有很多,其中材料的参杂剂对塑料的导电性能具有很大的影响,也容易让导电塑料的导电性能不稳定。针对于这一点,研究自导电塑料就十分有意义。此外,还有一些研究人员致力于研究不导电塑料,以磺酸盐的产品为例,通过加入不同的主链,然后该离子中不再含有阳离子,往阴离子的方向转换从而生成导电材料。

  聚苯、环状聚苯以及环状聚苯乙烯这些大产品能够通过各种各样的结构排列生成不同的产品,形成具有特殊功能的电材料,并生成器件,并逐渐在应用中展现出更多的优良性能。例如树枝状聚苯,金属离子能够在其中传输,同时伴有发光现象,可以用作光电转换的材料;而环状聚苯这种性能更为优良,同时拥有光电和磁性。因此,为了导电塑料的性能,可以对聚苯进行各种任何非线性组合,生成具有导电性能的塑料产品。在水平上研究导电聚合物也已经成为各研究学者作为关切的内容之一。

  导电塑料具有广阔的发展空间,在未来也会应用到越来越多的产业当中,就目前来看,导电塑料的发展趋势主要包括以下两个方面:

  (1)深化导电塑料的理论研究,逐渐形成完备的技术领域。技术理论作为研究的基础,能够为生产过程中的参数和性能等方面提供科学的技术支持,并且可以在现有的工艺水平上借助相关理论进行突破,使得导电塑料的性能更加完善,促进该领域的长足发展;(2)不断提高导电填料的导电性。为了充分发挥导电塑料的优势,在生产成本的同时,要降低产品的添加量,降低导电填料对基体塑料的性能影响,提高材料的导电能力,提高生产的工艺水平。

  [1],官建国,谢洪泉.导电塑料的研究进展[J].弹性体,2008,(2):75-81.

  [2]章炜,姚建吉,詹科,等.导电胶研究进展[J].科技导报,2018,(10):56-65.

  [4]潘玮,张晓洁,曲良俊,等.聚氯乙烯/聚苯胺复合导电材料的制备方法:CN4.3[P].2015-06-17.

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