張夢(mèng)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(kāi)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(shuō)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(gè)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(lèi)號(hào)：TQ320.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）24-0197-02

1 引言

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)度帶動(dòng)了塑料的產(chǎn)生，并推動(dòng)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(shí)，其固有的絕緣性使得塑料制品無(wú)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(duì)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(yùn)用到工礦企業(yè)中時(shí)，因其對(duì)靜電材料十分敏感，極易發(fā)生危險(xiǎn)，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(huì)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(huì)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(shù)脂或者塑料產(chǎn)品中通過(guò)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(shí)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(duì)滲濾理論進(jìn)行簡(jiǎn)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(shí)，其中的導(dǎo)電微粒將會(huì)生成導(dǎo)電滲濾網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)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(huì)突變，這是因?yàn)椴牧现械膶?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(kāi)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(guó)際上已經(jīng)得到具體應(yīng)用并投入到實(shí)際的生產(chǎn)生活中，目前主要應(yīng)用在幾百個(gè)種類(lèi)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(shí)性能能夠得到大幅度的提升。近年來(lái)，全球的塑料芯片生產(chǎn)銷(xiāo)售額高達(dá)上百億美元，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

3.2 儲(chǔ)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(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染問(wèn)題，導(dǎo)電塑料的出現(xiàn)使得這類(lèi)能源設(shè)備有了新的突破。目前，美、日、德等國(guó)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(chǔ)能設(shè)備相比，這種塑料電池體積小重量輕，并且對(duì)環(huán)境的危害遠(yuǎn)小于重金屬蓄電池。隨著環(huán)保意識(shí)的提高以及石油資源的枯竭，電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)逐漸興起，而高性能的蓄電池是制約電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)一定會(huì)進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)代，同時(shí)也能對(duì)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(wú)處不在，為了避免其造成危害，人們使用各種材料來(lái)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(huì)不斷地積累，當(dāng)和精密儀器或者其他設(shè)備接觸時(shí)就會(huì)釋放電荷，損壞儀器元件；而電磁波會(huì)對(duì)電子元器件產(chǎn)生干擾，造成電子元件的失靈或者誤動(dòng)作，所以在生產(chǎn)生活中面對(duì)這類(lèi)設(shè)備儀器時(shí)，人們會(huì)使用金屬材料。盡管這類(lèi)材料的導(dǎo)電性能優(yōu)良，但同時(shí)也存在弊端，金屬材料的加工困難，而且密度很大，價(jià)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(diǎn)。

4 導(dǎo)電塑料的發(fā)展趨勢(shì)

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(jià)值，還要有實(shí)用價(jià)值，應(yīng)該具體應(yīng)用到實(shí)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(shí)際產(chǎn)品中優(yōu)勢(shì)并不明顯。針對(duì)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(gè)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(kāi)始研制出來(lái)時(shí)導(dǎo)電率約為103S/cm，后來(lái)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(duì)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(duì)于這一點(diǎn)，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(guò)加入不同的主鏈，然后保證該離子中不再含有陽(yáng)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(guò)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(shù)枝狀聚苯，金屬離子能夠在其中傳輸，同時(shí)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(shí)擁有光電和磁性。因此，為了保證導(dǎo)電塑料的性能，可以對(duì)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(yǔ)

導(dǎo)電塑料具有廣闊的發(fā)展空間，在未來(lái)也會(huì)應(yīng)用到越來(lái)越多的產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，就目前來(lái)看，導(dǎo)電塑料的發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下兩個(gè)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?yàn)樯a(chǎn)過(guò)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(zhǎng)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(shì)，在保證生產(chǎn)成本的同時(shí)，要降低產(chǎn)品的添加量，降低導(dǎo)電填料對(duì)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。

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