簡(jiǎn)介

導(dǎo)電塑料絕大多數(shù)是本來(lái)是絕緣的材料里摻加高濃度的絲狀炭黑和完全焦化的化合物制得的。用體積電阻率和表面電阻率同樣足以描述它們的電性能。這種依仗炭絲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的電性能取決于制備它們的方法，也隨機(jī)械彎曲和接觸莊力的改變而變化。

導(dǎo)電塑料綜合了金屬的導(dǎo)電性（即在材料兩端加上一定電壓，在材料中有電流通過(guò)）和塑料的各種特性（即材料分子是由許多小的、重復(fù)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)單元組成的）。要想賦予聚合物以導(dǎo)電性，在聚合物主鏈中就必須引入π共軛體系，構(gòu)成π電子系重疊的高分子，而且高分子的有規(guī)結(jié)構(gòu)也是不可缺少的，而摻雜劑即可勝此任。因此，塑料材料具有導(dǎo)電性的第一個(gè)條件是它必須具有共軛的π電子體系，第二個(gè)條件是它必須經(jīng)過(guò)化學(xué)或電化學(xué)摻雜，即通過(guò)氧化還原過(guò)程使聚合物鏈得到或失去電子。研究進(jìn)展表明，人們能夠生產(chǎn)出導(dǎo)電性超過(guò)銅的塑料，以及在室溫下導(dǎo)電性超過(guò)其他任何材料的塑料。

導(dǎo)電塑料

來(lái)源

我們通常認(rèn)為塑料導(dǎo)電性極差，因此被用來(lái)制作導(dǎo)線的絕緣外套。但澳大利亞的研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將一層極薄的金屬膜覆蓋至一層塑料層之上，并借助離子束將其混入高分子聚合體表面，將可以生成一種價(jià)格低、強(qiáng)度高、韌性好且可導(dǎo)電的塑料膜。

取得這一成果的小組由兩位來(lái)自澳大利亞昆士蘭大學(xué)的專家領(lǐng)導(dǎo)，分別是保羅·麥里迪斯（Paul Meredith）教授和助理教授本·鮑威爾（Ben Powell），以及一位來(lái)自新南威爾士大學(xué)的專家亞當(dāng)·米考林（Adam Micolich）教授。他們的這一成果已經(jīng)發(fā)表于《ChemPhysChem》雜志。該項(xiàng)研究所依據(jù)的實(shí)驗(yàn)由前昆士蘭大學(xué)博士生安德魯·斯蒂芬森（Andrew Stephenson）進(jìn)行。離子束技術(shù)在微電子工業(yè)領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用來(lái)測(cè)試半導(dǎo)體，如硅片的導(dǎo)電性能。但將這種技術(shù)應(yīng)用到塑料膜材料的嘗試是從上世紀(jì)80年代才開始起步的，一直進(jìn)展不大。麥里迪斯教授介紹說(shuō)：“這個(gè)小組所作的工作，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是借助離子束技術(shù)改變塑料膜材料的性質(zhì)，使其具備類似金屬的功能，能夠向?qū)Ь€本身那樣導(dǎo)電，甚至可以變成超導(dǎo)體，當(dāng)溫度低到一定程度時(shí)電阻變?yōu)榱?。?/p>

為了顯示這種材料的潛在應(yīng)用價(jià)值，小組采用這種材料，參照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制作了電阻溫度計(jì)。在和同類型的鉑電阻溫度計(jì)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試時(shí)，新材料制作的產(chǎn)品顯示了類似，甚至更優(yōu)越的性能。“這種材料的有趣之處在于我們幾乎保留了高分子聚合物的全部?jī)?yōu)勢(shì)——機(jī)械柔韌性、高強(qiáng)度，低成本，但與此同時(shí)它卻又具有良好的導(dǎo)電性，而這通?？刹皇撬芰蠎?yīng)該具有的特性?！泵卓剂纸淌谡f(shuō)?！斑@種材料開創(chuàng)了一個(gè)塑料導(dǎo)體的新天地?！?/p>

而安德魯·斯蒂芬森則認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)最令人興奮之處在于這種薄膜的導(dǎo)電性可以進(jìn)行精確的調(diào)整或設(shè)定，這將具有非常廣闊的應(yīng)用前景。他說(shuō)：“事實(shí)上，我們可以將這種材料的導(dǎo)電性更改10個(gè)數(shù)量級(jí)，簡(jiǎn)單的說(shuō)，這就像是我們?cè)谥谱鬟@種材料時(shí)，手里擁有100億種選擇。理論上說(shuō)，我們可以制造出完全不導(dǎo)電的塑料，或者導(dǎo)電性和金屬一樣好的塑料，以及介于兩者之間的全部可能性。”

這種新材料可以利用的微電子工業(yè)常用的設(shè)備輕易地制造出來(lái)，并其相比傳統(tǒng)的高分子半導(dǎo)體材料，這種新材料對(duì)暴露在氧氣中的抗氧化能力也要高得多。研究人員表示，綜合以上這些優(yōu)勢(shì)，這種借助離子束處理高分子聚合物得到的薄膜材料將具有廣闊的應(yīng)用前景，它是現(xiàn)代和未來(lái)技術(shù)的融合。

分類

導(dǎo)電塑料通常分為兩大類。

結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電塑料

是指塑料本身具有“固有”的導(dǎo)電性，由聚合物結(jié)構(gòu)提供導(dǎo)電載流子（電子、離子或空穴）。這類塑料經(jīng)過(guò)摻雜后，電導(dǎo)率可大幅度提高，其中有些甚至可達(dá)到金屬的導(dǎo)電水平。摻雜的方法有化學(xué)摻雜和物理?yè)诫s二大類，摻雜劑有電子受體、電子給體和電化學(xué)摻雜劑等。摻雜型聚乙炔是個(gè)典型例子，在添加碘或五氟化砷等電子受體后，電導(dǎo)率可增至10Ω·cm。

結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電塑料可用于制作大功率塑料蓄電池、高能量密度電容器、微波吸收材料等。

復(fù)合型導(dǎo)電塑料

在復(fù)合型導(dǎo)電塑料中，塑料本身并不具備導(dǎo)電性，只充當(dāng)了粘合劑的角色。導(dǎo)電性是通過(guò)混合在其中的導(dǎo)電性的物質(zhì)如炭黑、金屬粉末等獲得的。這些導(dǎo)電性物質(zhì)稱為導(dǎo)電填料，以銀粉和炭黑使用最多，它們?cè)趶?fù)合型導(dǎo)電塑料中起著提供載流子的作用。

復(fù)合型導(dǎo)電塑料制備方便，有較強(qiáng)的實(shí)用性，常應(yīng)用于開關(guān)、壓敏元件、連接器、抗靜電材料、電磁屏蔽材料、電阻器及太陽(yáng)能電池等。

用途

導(dǎo)電塑料不僅在抗靜電添加劑、計(jì)算機(jī)抗電磁屏幕和智能窗等方面的應(yīng)用已快速的發(fā)展，而且在發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、移動(dòng)電話、微型電視屏幕乃至生命科學(xué)研究等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。此外，導(dǎo)電塑料和納米技術(shù)的結(jié)合，還將對(duì)分子電子學(xué)的迅速發(fā)展起到推動(dòng)作用。將來(lái)，人類不僅可以大大提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，而且還能縮小計(jì)算機(jī)的體積。因此，有人預(yù)言，未來(lái)的筆記本電腦可以裝進(jìn)手表中。

隨著電子電器、集成電路和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，包括微型化和高速化，其使用的電流大多是微弱電流，致使控制訊號(hào)功率與外部侵入電磁波噪音的功率接近，因此易產(chǎn)生誤動(dòng)作、圖像障礙和音響障礙，妨礙警察通訊、防衛(wèi)通訊和航空通訊，造成衛(wèi)星總裝調(diào)試障礙等等，對(duì)此必須采用屏蔽措施。導(dǎo)電塑料是理想的屏蔽材料，可作為電子器件設(shè)備的外殼來(lái)實(shí)現(xiàn)屏蔽。它與傳統(tǒng)導(dǎo)電材料相比，更輕巧，易成型加工，耐腐蝕，電阻容易調(diào)節(jié)而總成本又較低，因此需要用導(dǎo)電塑料實(shí)現(xiàn)屏蔽。

許多導(dǎo)電材料或高導(dǎo)材料應(yīng)用的場(chǎng)合如制作電極，低溫發(fā)熱體等等，以采用導(dǎo)電塑料最合適。

新型號(hào)

南朝鮮科學(xué)技術(shù)院最近將多吡咯進(jìn)行化學(xué)聚合后得到導(dǎo)電塑料。這是一種能源貯存體，可應(yīng)用于充電的高分子蓄電池；也可根據(jù)其在薄膜狀態(tài)下反復(fù)產(chǎn)生的氧化還原作用，用于制造變色開關(guān)也可以被覆在使用太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體電極表面，用以提高性能還可用于電路設(shè)計(jì)，或代替已有的蓄電池以及用于傳真照片。