聚合物基导电复合材料的导电机理
1998年 玻璃钢
/复合材料
1998
第
5期
FiberReinforcedPlastics/Composites №5
聚合物基导电复合材料的导电机理
熊传溪 闻荻江
(武汉工业大学材料科学与工程学院 武汉
400070) (苏州大学化学化工学院)
摘要
: 本文对炭黑填充聚合物和金属填充聚合物的导电特性和影响导电性能的因素进行了综述。简要地介绍蒙特卡罗统计
方法、凝胶化理论、有效电场理论以及隧道效应等
关键词
: 炭黑 金属 复合材料 导电机理
长期以来
,
高分子材料一般作为电绝缘材料使用。
一旦能赋予其导电性
;可拓宽其应用领域。为此
,近年
来
,有关导电聚合物基复合材料的研究受到普遍的重
视。所谓聚合物基导电复合材料是指以聚合物为基
体
,加入不同导电物质后
,经过“无规分布法”和“隔离
分离法”等方式处理后
,得到的具有导电功能的多相复
合体系〔1～3〕
。由于它既有导电功能
,又保持了许多高
分子拓料的优异特性
,因而被广泛采用
.本文主要分炭
黑填充聚合物、金属填充聚合物以及导电机理进行文
献综述。
1 炭黑填充聚合物材料
炭黑与聚合物的复合源于炭黑补强橡胶
,导电性
炭黑填充聚合物可赋予聚合物材料一定的导电功能。
由于炭黑种类不同。炭黑颗粒大小不同、炭黑本身的
聚集态结构和表面化学结构的差异以及填充的工艺条
件不同,所制备的复合材料的导电率变化范围可达
14
～
15个数量级〔4～8〕
。众多的研究结果表明
,炭黑粒子
的尺寸越小、结构越复杂、粒子中的孔越多、炭黑粒子
的比表面积越大、表面极性基团越多以及极性越强
,越
易形成具有优良导电性的复合材料。炭黑的结构化、
比表面积和表面化学性质为其三大基本性质。炭黑的
结构越高
,则形成链状或葡萄状结构的炭黑粒子聚集
体数目越多
,越易形成空间导电网络。炭黑的比表面
积除炭黑本身的粒度的大小是其重要的决定性因素
外
,多孔性也是重要的因素。比表面积越大
,粒度一般
就越小
,单位质量下的粒子数目越多
,形成空间导电网
络的几率就越大
,炭黑粒子结构上所带的活性极性基
团的含量严重影响炭黑粒子的导电性能
,因为这些基
团能够捕捉π
电子
,对自由电子的迁移有很大的阻碍
作用〔9〕
。典型炭黑
/聚合物复合材料的精细结构的研究结
果表明
,导电性不仅可以由炭黑粒子聚集时产生的紧
密接触面形成
,而且同样可以借助电子通道而形成。
但有一些研究者认为
,控制复合材料电阻率的不是炭
黑本身而是炭黑粒子之间的间隙〔10、11〕
。实际上也有
很多证据支持这一观念〔2〕
,包括①电阻率依赖于炭黑
种类
;②电阻率依赖于温度
;③复合材料的非线性电流
-电压特性
;④复合材料的电镜观察
;⑤电阻率的压力
依赖性。但这些大部分并不是最后结论
,导电通道毫
无疑问是起作用的。
炭黑填充聚合物导电复合材料还有以下四个特
性〔12〕
:(
1)炭黑的表面化学处理非常重要
,如果在配方
和其它工艺条件相同的情况下
,要保持结构的完整性
,
增加体系的导电性
,而且在成型加工过程中的能耗较
低
,则需要对炭黑进行表面处理。例如
,用
15%炭黑
填充聚氯乙烯
,如果把炭黑用
1.5%的硬脂酰氯处理
,
复合体系的熔体表观粘度比没有处理的熔体的表观粘
度下降一个数量级。(
2)用偶联剂对母体进行改性
,会
使体系的体积电阻率与炭黑用量的关系反“
S”曲线发
生改变,随着交联剂的用量的增加
,使反“
S”曲线的高
台更高
,低台更低
;而且渗流阈值减小。(
3)复合材料
的体积电阻率与炭黑用量的关系对频率有很大的依赖
性
,高频
,有利于电荷的迁移。(
4)当频率一定时
,复合
材料介电常数随着炭黑用量的增加而显著增加。例
如
,聚乙烯
/热裂解炭黑复合材料
,当炭黑体积用量从
9.1%增为
33%时
,介电常数可增加近
1000倍。
2 金属填充聚合物
与炭黑填充聚合物的导电性复合材料相比
,聚合
物
/金属导电性复合材料是相当年轻的
,但由于金属比
炭黑具有更好的导电性而格外引人注目〔13〕
。在
50年
63代
,Coler〔14〕
发表了一个专利
,采用细小的铜颗粒在丙
烯酸类聚合物上进行涂覆而形成导电体
,他认为
,为了
使铜粒子形成导电网络
,所用金属颗粒的有效直径应
比塑料颗粒小
1/3。这一思想使科学家们意识到一种
降低金属填料用量的重要途径
,即改变聚合物颗粒半
经
R
p与金属颗粒半径
R
m之比。在以后的
30年中
,
出现了两种在聚合物母体中填充金属颗粒的方法
,即
所谓的“无规分布法”和
,“隔离分离法”。在无规分布
方法中
,依循的是渗流理论
,颗粒的连续性完全取决于
邻近位置的相互接触机会
,种类不周的颗粒在有效尺
寸和形状相同时
,可以占据任何一个位置。与此相反
,
在隔离分布中
,由于有体积的限制
,形成网络的可能性
增加
,其中任何金属颗粒都能占据树脂颗粒间的间隙。
无规导电性复合材料适用于注塑模塑或挤出工艺
,而
隔离的导电性复合材料
,通常采用模压工艺。
影响聚合物金属复合材料导电性的因素至少有七
种
:(
1)金属与聚合物的颗粒尺寸比。对颗粒尺寸比在
决定是否形成网络起关键作用。图
1是这种关系的定
量说明。
图
1 颗粒尺寸比(
R
p/R
m)与填料
形成网络最低的体积分数Φ
的关系
从图
1可以看出
,在颗粒尺寸比在比较大范围内
,
形成网络的金属的临界体积分数显著下降。(
2)颗粒
形态。一般来讲
,设计材料时应尽量降低聚合物相的
比表面积
,提高金属相的比表面积及连通性。而提高
金属比表面的一种方法是降低金属粒子的直径
,另一
种方法是改变金属填料的形状。片状、针状或带状以
及纤维状金属能增加比表面积和连通性。在其它条件
完全相同的情况下形成连续网络的临界体积填充量将
随填料长径比的增加而降低。(
3)金属扩散。即使过
度的应力不会降低金属颗粒的长径比
,金属在聚合物
中的扩散也会破坏良好的空间隔离
,使隔离分布材料
变为无规分布材料。当延长混合时间或在压实时压力
-温度关系不相适应时
,都会产生这种情况。如果加
工过程中温度适当
,由于模压力的增加
,能够减少中间
相的形成
,使电阻率下降。(
4)聚合物的粘度。根据Stoke定律
,密度高的金属颗粒在流动介质中会发生沉
降
,如果要得到均匀体系
,金属颗粒必须处于悬浮状
态
,这就要求聚合物具有适宜的粘度。用预聚物溶液
混合
,必须使反应达到一定的程度。(
5)如果金属颗粒
粒径小(
<5μ
m)
,二种组分的静电荷差别,可制成隔离
复合材料。在正常的共混过程中
,由于电荷作用
,使每
个聚合物微粒周围至少环绕着部分单层的金属。聚合
物颗粒聚集时
,这种高度结构化的金属变为一种集结
“单元”。(
6)氧化层厚度。如果金属颗粒没有受到外
部污染
,在它的表面自然形成的氧化层对导电率有很
大影响。由于氧化层起到了微电阻器的作用
,使电子
跃迁受到阻碍。(
7)聚合物小球的剪切。象金属纤维
增强聚合物复合材料在加工过程中增加剪切力会降低
金属纤维的长径比一样
,剪切力的增加也会导致聚合
物小球的破坏
;也会造成粒子填充聚合物复合材料的
渗流阈值增加。
3 蒙特卡罗统计法预测渗流阈值
GurlandScheer〔15〕
等人用蒙特卡罗统计方法对导
电复合材料的临界体积分数Φ
c进行了预测
,取得了具
有研究价值的成果。在复合材料中
,填料形成连续网
络的几率取决于每个颗粒与邻近颗粒接触的统计平均
数和每一个颗粒的空间允许的最大接触数
,处于网络
形成的临界点时
,
C
p=P
cZ(
1)
这里
C
p是每个颗粒的临界接触数
,C
c是形成网络的
临界几率
,Z是最大可能的接触数或叫配位数。理论
与实践结果证实〔2〕
,在网络形成时
,颗粒的临界接触
数为
1.5,其数值与颗粒的几何形状(如球形、片状、纤
维状等)无关
,很明显
,每个颗粒的平均接触数
C与颗
粒在母体中的加入量Φ
(体积分数)有关
,即
C=F(Φ
)(
2)
在临界状态下有
:
C
p=F(Φ
c)(
3)
这里Φ
c为临界体积分数。
为了计算出临界体积分数Φ
c,很多科学家提出
F
(Φ
)的函数表达式
,其中〔27〕
:
F(Φ
)
=ZΦ
/〔Φ
m/(
1-Φ
m)
-Φ
〕(
4)
所得到的
:
Φc=〔
1+Z/C
p)(
1-Φ
m)
/Φ
m〕-1
(
5)
对球形颗粒
,无规分散来讲Φ
c=0.35,最接近实测Φ
c
=0.38。式中Φ
m,是填料的最大堆砌体积分数〔2〕
。
纤维填充聚合物复合材料的临界体积分数也可采
73
导热高分子的导热机理(精)
1
导热高分子的导热机理
学校名称： 华南农业大学
院系名称： 材料与能源学院
时 间： 2017年2月27日
2
1. 导热机理
热传导过程采取扩散形式，但各种材料的导热机理是不同的。固体内部的导热载体分别为电子、声子(点阵波)、光子(电磁辐射)3种1。对聚合物而言，通常为饱和体系，无自由电子，导热载体为声子，热传导主要依靠晶格振动。聚合物相对分子质量很大，具有多分散性，分子链则以无规则缠结方式存在，难以完全结晶，再加上分子链的振动对声子有散射作用2，使聚合物材料的热导率很小。
为了提高聚合物的热传导性能，可以制备具有结晶和高取向结构的聚合物材料，即合成结构型导热高分子材料;也可以向聚合物基体中添加导热填料来制备导热复合材料，即合成填充型导热高分子材料3。制备结构型导热高分子材料加工工艺复杂，成本较高，且仅适用于少数聚合物，通常比较困难;采用填充导热填料来制备导热高分子材料，制备工艺简单，投资成本低，是目前制备导热高分子材料的主要方法。 制备结构型导热高分子材料，需要借助外力使高分子物理结构发生改变，制备工艺复杂，难度较大，因此在实际应用中受到使用限制。
1.1导热网链机理
填料的热导率及其在聚合物基体中的分布形式决定了整个复合材料的热导率。当填料的填加量较少时，填料在基体中以似孤岛形式分布，为分散相，被聚
1 张志龙，吴昊，景录如.高导热绝缘复合材料的研究[J].舰船电子工程，2005, 25 (6 ): 36-40.
2周文英，齐暑华，李国新，等.导热胶粘剂研究[J].材料导报，2005,19(5):26-33.
3 石路晶，贾长明. 导热高分子材料在电子封装领域应用研究[J],.包装工程, 第35卷第17期
2014年09月,
3 合物包覆，形成类似于聚合物共混体系中的“海一岛”结构。当填料的填充量达到某一临界值时，填料之间会相互接触，形成导热网链4。随着填充量的增加，导热网链相互贯穿，复合材料导热性能显著提高。 这就如同一个简单的电路，基体和填料分别看作2个热阻。当填充量较小时，不能形成导热网链，从热流方向来看，基体和填料相当于是串联的热阻，阻值越大，导热性越差;当填充量较大时，填料之间相接触，形成导热网链，导热网链热阻小，此时基体和填料在热流方向上相当于并联，导热网链在热量传递过程中起主导作用，如图1所示。Agari模型即是以导热网链机理为基础的。
导电复合材料
导电聚合物复合材料
高Z09
刘瑞
091464
导电聚合物复合材料
摘要：本文主要讲述了导电聚合物复合材料制备方法和应用领域。
关键词：导电聚合物 复合材料 高分子
1. 前言
近几年来, 关于导电聚合物的研究一直受到普遍的重视。这类新的高分子材有可能在彩色显示、电化学、催化、抗静电及微波吸收等众多领域内得到使用。然而, 由于导电高聚物的综合力学性能较差,严重地妨碍了它的广泛工业应用比幻。
为了改善导电聚合物的性能, 人们开展了导电聚合物复合材料的研究。例如将导电聚合物和基体聚合物(工程塑料)复合制成复合材料。这类复合材料的导电特性和纯导电聚合物相似, 但力学性能有明显的改善。它的制备可采用电化学或化学方法。到目前为止, 除了使用工程塑料作复合材料支持体外, 各种透膜,无机层状结构材料, 橡胶粒子, 粘土，聚合物固体电介质等均可用来制备导电聚合物复合材料。通过改变聚合条件以及原材料性能, 可以控制复合材料的形态(孔隙率,
微纤状) 、导电性能、透光率以及电化学特性等。
2. 导电复合材料的分类及用途
导电聚合物复合材料是一种既具有普通聚合物材料特性，又具有一定导电性能的新型功能材料。由于导电聚合物具有重量轻、易加工成各种复杂形状、尺寸稳定性好以及电阻率在较大范围内可调等特点，因此在防静电、微波吸收、电磁屏蔽及电化学等领域被广泛采用。表1列出了导电聚合物复合材料的分类及用途。
表1 导电聚合物复合材料及其用途
3. 制备方法
导电聚合物复合材料的制备方法主要有两种：一种是在基体聚合物中填充各种导电填料；另外一种则是将结构型导电聚合物或亲水性聚合物与基体聚合物进行共混。
3.1填充型导电聚合物复合材料 这种材料通常是将不同性能的无机导电填料掺入到基体聚合物中, 经过分散复合或层积复合等成型加工方法而制得。导电填料的种类很多, 常用的可分为炭系和金属系两大类。炭系填料包括炭黑、石墨和碳纤维等; 金属系主要有铝、铜、镍、铁等金属粉末、金属片和金属纤维[1]。目前研究和应用较多的是由炭黑颗粒和金属纤维填充制成的导电聚合物复合材料。
炭黑填充聚合物基PTC导电复合材料及制品的研究进展
・５８・ 塑料工业 ＣＨＩＮＡ ＰＩ ＡＳⅡＣＳ ＩＮＤＵ ｓ］旺 第３６卷增刊 ２００８年６月
炭黑填充聚合物基ＰＴＣ导电复合材料及
制品的研究进展
孙守封，赵文元 ，孙常志，陈世刚
（中国海洋大学材料科学与工程研究院，山东青岛２６６１￣）
摘要：介绍了Ｐｒｃ效应的几种主要机理，讨论了不同基体、填充物和加工工艺对此类复合材料ＰｒＣ效应的影响，
ＮＴＣ效应产生的主要原因以及减缓或推迟ＮＴＣ效应的方法，并对其商业推广应用进行了较为深入的探讨。
关键词：ＦＩ＇Ｃ效应；炭黑；导电复合材料；自限温
Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ＰＴＣ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ａｎｄ
Ｐｒｏｄｕｃｔ ＦｉＵｅｄ ｗｉｔｈ Ｃａｒｂｏｎ Ｂｌａｃｋ
ＳＵＮ Ｓｈｏｕ—ｆｅｎｇ，ＺＨＡＯ Ｗｅｎ－ｙｕａｎ，ＳＵＮ Ｃｈａｎｇ—ｚｈｉ，ＣＨＥＮ Ｓｈｉ—ｇａｎｇ，
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍａｔｅｆｉ￣１．Ｓｃｉ．ａｎｄ Ｅｎｇ．，Ｏｃｅａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｖｅｒａｌ ｋｅｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ＰｒｒＣ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍａ—
ｔｒｉｘ．ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｆｉｌｌｅｒｓ ａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｙ１１Ｃ ｅｆｆｅｃｔ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎｓ ｆｏｒ ＮＴＣ ｅｆｆｅｃｔ
ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｄｅｌａｙｉｎｇ ｔｈｅ ＮＴＣ ｅｆｆｅｃｔ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ
Ｐ１℃ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｏｆ ｓｕｃｈ ａ ｎｅｗ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．
导电塑料导电材料的原理
导电塑料导电材料的原理
导电塑料是一种将导电材料嵌入塑料基质中以获得导电性能的复合材料。其原理主要包括以下几个方面：
1. 导电填料：导电塑料中的导电性能主要依靠导电填料实现。常见的导电填料包括金属粉末（如铜粉、银粉等），碳黑，导电纤维等。这些导电填料在塑料基质中形成一种网络结构，使得电流可以在其中流动。
2. 塑料基质：塑料基质是导电塑料的主要组成部分，其作用是提供导电填料之间的支撑结构，同时起到隔绝导电填料的作用，防止短路和不良影响。
3. 电性能调控：导电填料的添加量和其分散性对导电塑料的导电性能有着很大的影响。适量的导电填料可以提高导电性能，但过多的填料会造成流动性降低和力学性能下降。
总之，导电塑料的导电机理主要是通过导电填料在塑料基质中形成连续的导电通路，使电流得以通过，从而实现导电功能。
《银基离子聚合物金属复合材料制备工艺及电致动性能研究》
《银基离子聚合物金属复合材料制备工艺及电致动性能研究》
一、引言
随着科技的发展，新型材料在电子工程、机械工程等领域的应用日益广泛。银基离子聚合物金属复合材料作为其中一种新型复合材料，具有优良的导电性、高机械强度以及良好的可塑性等特点，其应用前景十分广阔。本文将针对银基离子聚合物金属复合材料的制备工艺及其电致动性能进行深入研究。
二、银基离子聚合物金属复合材料的制备工艺
1. 材料选择与预处理
首先，选择纯度较高的银粉、导电聚合物以及适量的金属粉末作为原料。对原料进行清洗、干燥处理，以去除杂质和水分，保证制备出的复合材料性能稳定。
2. 制备工艺流程
（1）将银粉与导电聚合物按一定比例混合，形成预混料。
（2）将预混料与金属粉末混合，通过球磨、搅拌等方法使其充分混合，形成均匀的复合材料混合物。
（3）将混合物进行热压或冷压成型，形成所需的形状和尺寸。
（4）对成型后的复合材料进行烧结处理，提高其致密性和性能稳定性。
3. 工艺参数优化 在制备过程中，需要优化工艺参数，如混合比例、混合时间、成型压力、烧结温度等。通过调整这些参数，可以得到性能优良的银基离子聚合物金属复合材料。
三、电致动性能研究
1. 电致动原理
银基离子聚合物金属复合材料具有优良的导电性能，当施加电压时，离子在电场作用下发生迁移，导致材料的形变，从而实现电致动。电致动性能与材料的导电性能、离子迁移速率以及材料结构等因素密切相关。
2. 电致动性能测试
通过对银基离子聚合物金属复合材料施加不同电压，测量其形变量、形变速度等指标，评估其电致动性能。同时，通过扫描电子显微镜、能谱分析等手段，观察材料的微观结构，分析其电致动机理。
3. 电致动性能优化
通过调整材料的组成、结构以及制备工艺参数，可以优化其电致动性能。例如，增加银粉含量可以提高材料的导电性能，从而提高电致动性能；优化烧结工艺可以提高材料的致密性和离子迁移速率，进一步改善电致动性能。
ptc现象机理
ptc现象机理
PTC现象（Positive Temperature Coefficient phenomenon）是指在一定条件下，材料的电阻随温度的升高而增加的现象。这种现象在许多材料中都会出现，例如聚合物、陶瓷、铁氧体等。PTC材料由于其特殊的温度特性，被广泛应用于热敏电阻、温度控制器、过流保护器等领域。
PTC现象的机理主要与材料的电子结构及热激发过程有关。通常情况下，材料的电阻随温度的升高而下降，这是由于温度升高会增加材料内部的电子热运动，导致电子更容易通过材料。然而，对于PTC材料来说，其电阻随温度的升高而增加，这主要是因为材料内部的电子结构发生改变，导致电子的运动受到限制。
PTC材料通常是由高分子聚合物和导电颗粒组成的复合材料。在低温下，聚合物链之间的间隔较小，导电颗粒之间形成了连通的电子通道，电阻较低。随着温度的升高，聚合物链开始膨胀，导致电子通道的断裂和拉伸，电阻迅速增加。这种现象可以通过两个因素来解释：热膨胀和界面效应。
热膨胀会导致材料内部的结构变化。随着温度的升高，材料的体积会膨胀，导致导电颗粒之间的距离增加。由于电子在材料中的传输是依靠导电颗粒之间的电子通道，距离的增加会导致电子通道的断裂，从而增加了电阻。
界面效应也对PTC现象起到了重要作用。在PTC材料中，导电颗粒与聚合物之间存在着界面。界面的性质决定了电子在材料中的传输能力。当温度升高时，界面的性质会发生改变，形成了额外的电阻。这种界面效应会导致电阻的增加。
除了热膨胀和界面效应，PTC现象还与材料的电子结构密切相关。在低温下，PTC材料中的导电颗粒表现出半导体的性质，电子能带结构呈现出禁带。随着温度的升高，由于热激发作用，电子能级会发生改变，导致电子的传导能力降低，从而增加了电阻。
PTC现象的应用非常广泛。热敏电阻是一种利用PTC现象制成的元件，其电阻随温度的升高而增加，可以用于测量温度的变化。温度控制器也是利用PTC现象来实现温度的稳定控制。当温度超过设定值时，PTC材料的电阻迅速增加，从而切断电路，达到过温保护的效果。此外，PTC材料还可以用于过流保护器，当电流超过额定值时，PTC材料的电阻增加，限制电流通过，起到保护电路的作用。
高分子基复合材料非线性导电行为和机理研究进展
高分子基复合材料非线性导电行为和机理研究进展
赵世阳;王庆国;卢聘;曲兆明;王妍;成伟
【摘 要】本文综述了金属填料型和导电非金属填料型两类高分子基复合材料非线性导电特性及其导电机理的国内外研究进展,分析了目前存在的问题,并展望了高分子基非线性导电复合材料的应用前景.
【期刊名称】《材料科学与工程学报》
【年(卷),期】2018(036)005
【总页数】6页(P858-862,848)
【关键词】非线性导电;复合材料;导电机理
【作 者】赵世阳;王庆国;卢聘;曲兆明;王妍;成伟
【作者单位】陆军工程大学电磁环境效应国家级重点实验室 ,河北石家庄 050003;陆军工程大学电磁环境效应国家级重点实验室 ,河北石家庄 050003;陆军工程大学电磁环境效应国家级重点实验室 ,河北石家庄 050003;陆军工程大学电磁环境效应国家级重点实验室 ,河北石家庄 050003;陆军工程大学电磁环境效应国家级重点实验室 ,河北石家庄 050003;陆军工程大学电磁环境效应国家级重点实验室 ,河北石家庄 050003
【正文语种】中 文
【中图分类】O63
1 引 言 高分子基导电复合材料是指以高分子化合物(主要是热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体，加入另外一种导电填料或导电聚合物，采用物理或化学方法组合起来而得到的一种多相固体材料[1]。根据填料的分布状态，可以将高分子基导电复合材料归纳为三种导电状态：(1)导电填料完全孤立分散，彼此不接触，此时复合材料的电导率取决于基体；(2)导电填料部分连续，不连续处有基体隔开，此时随导电填料的增加，复合材料电导率急剧增大；(3)导电填料相互搭接形成导电网络，电导率取决于填料本身。高分子基复合材料在电场下的非线性导电行为，往往是当填料部分连续，或相距较近时，在一定电场强度的作用下，引起材料电阻的变化，即在电场作用下材料的电阻不再是一个常数。材料的导电开关特性，是材料非线性导电行为的体现，它是指材料在外加电场中发生高阻态到低阻态的瞬时转变。
复合材料考试重点
1 复合材料定义
复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
2 RMC（聚合物基复合材）中聚合物的主要作用是：把纤维粘接在一起；分配纤维间的荷载；保护纤维不受环境影响。
3 无机凝胶材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等。
4 复合材料的增强体作用：增加强度、改善性能
5 界面是复合材料的特征
6 颗粒尺寸越小，体积分数越高，强化效果越好。
7 混合法则：纤维、基体对复合材料平均性能的贡献正比于它们各自的体积分数。
8 对于单向连续纤维增强复合材料弹性模量 、抗张强度、泊松比、剪切强度等性能均符合混合法则
9 平行于纤维方向称为“纵向”，垂直于纤维方向为“横向”。
10 忽略热膨胀系数、泊松比以及弹性变形差等引起的附加应力，认为整个材料的纵向应变是相同的。
11复合材料初始变形后的行为四个阶段
1）纤维与基体均为线弹性变形；
2）纤维继续线弹性变形，基体为非线性变形；
3）纤维与基体都是非线性变形；
4）随着纤维断裂，复合材料断裂
12 金属基复合材料的第二阶段占比较大的比例，而脆性纤维复合材料未观察到第三阶段
13 短纤维一般指长径比小于100的各种增强纤维。
14 复合材料的界面是指一层具有一定厚度（纳米以上）、结构随基体和增强体而异的、与基体有明显差别的新相
15 复合材料的界面虽然很小，但它是有尺寸的，约几个纳米到几个微米，是一个区域，或一个带、一层，它的厚度呈不均匀分布状态
16 在聚合物基复合材料的设计中：
首先应考虑如何改善增强材料与基体间的浸润性；
还要保证有适度的界面结合强度；
同时还要减少复合材料成型中形成的残余应力；
调节界面内应力和减缓应力集中
17 碳纤维表面上涂覆（惰性涂层）和能与基体树脂发生反应或聚合的涂层，比较后发现，惰性涂层效果较好，活性涂层可能由于降低了相界面的浸润性而效果不良。
复合型树脂基导电聚合物研究进展
现代塑料加工应用 ２ ０ ０ ６年第ｌ ８卷第６期 ＭＯＤＥＲＮ ＰＬＡＳ ｉ、１ＣＳ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ
复合型树脂基导电聚合物研究进展＊
岑茵 许国志 杨彪
（北京工商大学材料科学与工程系，北京，１０００３７）
摘要：概述了导电聚合物的特点、分类及相应的导电机理。综述了国内外复合型导电聚合物的最新研究进展、技术成果 以及应用领域。 关键词： 导电 聚合物 复合材料 机理 Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｏｆ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｒｅｓｉｎｓ
Ｃｅｎ Ｙｉｎ Ｘｕ Ｇｕｏｚｈｉ Ｙａｎｇ Ｂｉａｏ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。
Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００３７） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｓｏｒｔｓ ｏｆ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｗｅｒｅ ｏｕｔｌｉｎｅｄ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｉｔｓ ＣＯＩｌ—
ｄｕｃｔｉｖｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ
ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ａｄｖａｎｃｅｓ ｏｆ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｐｏｌｙｍｅｒ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
根据材料组成可将高分子材料分为结构型
和复合型两大类，但现在国内外对导电聚合物的
研究重点还是放在复合型导电聚合物的开发上。
１ 树脂基复合导电聚合物
１．１ 导电填料
聚合物／碳黑气敏导电复合材料的研究进展
陈仕国，等：聚合物／碳黑气敏导电复合材料的研究进展 ６５
聚合物／碳黑气敏导电复合材料的研究进展
陈仕国 戈旱川
（深圳大学理学院材料科学与工程系，深圳５１８０６０）
摘要从聚合物／碳黑（ｃＢ）气敏导电复合材料的研究体系、气敏响应性能的影响因素、气敏响应机理三方面综
述了近年来聚ｆｆ￣／ＣＢ气敏导电复合材料研究的新进展，讨论了目前研究尚存在的一些不足之处，并展望了聚合物／
ＣＢ气敏导电复合材料的今后研究发展方向。
关键词复合材料气敏导电碳黑
聚合物基气敏导电复合材料是继正温度系数效应
（ＰＴＣ）型导电复合材料之后的一种新型功能复合材料。通
常采用在聚合物基体中填充导电填料制备，其中以聚合物／
碳黑（ＣＢ）导电复合材料的研究居多。当导电填料达到一定
含量（逾渗值）时，导电填料在聚合物基体中形成连续的导
电网络，从而使复合材料由绝缘体变成电导体或半导体。聚
合物基气敏导电复合材料具有气敏开关特性 ］：当复合材
料吸收有机溶剂蒸气时，复合材料的微观结构发生急剧的变
化，从而推动填料偏移平衡位置，导电网络被破坏，复合材料
的电阻急剧上升几个数量级；当复合材料重新置于空气中
时，吸收的蒸气脱附，复合材料的电阻迅速恢复初始值。以
聚合物／ＣＢ导电复合材料制成的气敏传感器质量轻、价格低
廉，易成型加工和大规模生产，聚合物种类繁多，且可以通过
改性、加工和填充等手段得到敏感性高的传感材料。这种传
感器可在室温下使用，且在常温常压下可逆，具有广阔的应
用前景和使用价值。
１ 聚合物／ＣＢ气敏导电复合材料的研究体系
聚合物／ｃＢ气敏导电复合材料的研究体系正逐步由简
单到复杂、二元（单一聚合物／ＣＢ）化向多元化转变，主要包
括以下３类：
１．１ 单一聚合物／ＣＢ复合材料体系
早期研究的材料体系主要是单一聚合物／ＣＢ型。这类
气敏材料制备方便、成本较低，一般通过溶液涂膜或熔融共
混挤出等方法制备。由于ＣＢ表面能较大，易聚结，未经表