導電塑料的研究進展與前景展望

張夢瑤

摘 要：導電塑料廣泛應用于半導體、防靜電材料、導電性材料等領域，因其具有廣泛的應用性和良好的兼容性，目前已經展開大規模的應用。本文從導電塑料的應用基礎出發，分析導電塑料的導電原理、導電材料的應用情況、說明導電材料的發展前景和展望，最后提出導電塑料的兩個主要發展方向。

關鍵詞：導電塑料；電子器件；聚合物

中圖分類號：TQ320.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）24-0197-02

1 引言

科學技術的進度帶動了塑料的產生，并推動了塑料工業的發展，現如今塑料產品已經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，甚至會出現靜電放電或者電擊[1-2]。對于一些微電子元件、集成電路以及的電子元器件，當將其運用到工礦企業中時，因其對靜電材料十分敏感，極易發生危險，危害企業安全。此外，由于微電子行業極易受到電磁波和射頻干擾，而塑料產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展，塑料產品帶有的靜電會影響電子元件的的控制和傳輸性能，損害電子器件產品。因此，現階段塑料制品都需要一定的導電性能以保障產品的性能[3]。

現階段，導電塑料可分為兩種形式：一種為結構型導電塑料，主要是在高聚物產品中摻雜一些可導電性材料，從而使得塑料產品具有導電性能；另外一種導電塑料為填充型導電塑料，主要是在合成樹脂或者塑料產品中通過注射、壓塑等方法在其內部添加導電性能良好填料，從而得到導電塑料。目前而言，市面上的導電塑料多時利用結構型和填充型兩種方法結合而制得，即復合型導電塑料[4-5]。

2 導電塑料的工作原理

現階段，導電材料涉及到有效介質理論、濾滲理論、以及量子力學隧道理論等，本文針對滲濾理論進行簡要介紹。

當導電材料中的導電填料數值到達一定界限時，其中的導電微粒將會生成導電滲濾網絡，此時的導電微粒的體積分數值被稱為滲濾閾值。利用滲濾閾值能夠很好地解釋材料中的導電填料中電導率的變化情況：電導率在一定導電填料濃度值的一定范圍內的變化是不連續的，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電填料的濃度達到了滲濾閾值。利用滲濾理論制備導電材料的技術現已經廣泛開展。

3 導電塑料的應用

3.1 芯片產業

目前的芯片材料幾乎都采用硅，而導電塑料的出現使得芯片產業出現了新的可替代材料，更為重要的是導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得到具體應用并投入到實際的生產生活中，目前主要應用在幾百個種類的電子元器件中。使用塑料材質的新式芯片，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銷售額高達上百億美元，發展潛力巨大。

3.2 儲能設備

能源產業中的鎳鉛電池體積和重量都很大，并且重金屬也會對環境產生嚴重的污染問題，導電塑料的出現使得這類能源設備有了新的突破。目前，美、日、德等國家已經應用導電塑料成功地研制出了電池，和傳統的儲能設備相比，這種塑料電池體積小重量輕，并且對環境的危害遠小于重金屬蓄電池。隨著環保意識的提高以及石油資源的枯竭，電動汽車產業逐漸興起，而高性能的蓄電池是制約電動汽車發展的一大技術難題，若利用導電塑料研制出高性能的電池，電動汽車產業一定會進入高速發展的時代，同時也能對環境保護發揮出巨大的作用，有著廣闊的發展前景。

3.3 保護材料

靜電和電磁干擾在日常的生產生活中無處不在，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，導電塑料是新興的一種理想材料。通常，產生的靜電荷得不到釋放就會不斷地積累，當和精密儀器或者其他設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生干擾，造成電子元件的失靈或者誤動作，所以在生產生活中面對這類設備儀器時，人們會使用金屬材料。盡管這類材料的導電性能優良，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，工作性能很難調節，但是導電塑料的使用能夠很好地解決這些缺點。

4 導電塑料的發展趨勢

導電塑料一經面世就得到包括科學界和商業界等眾多人員的關注，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，應該具體應用到實際產品中。相比于一些其他的材料，比如電極材料和光器件等，導電塑料應用到實際產品中優勢并不明顯。針對于這些原因，導電塑料還需要進一步的發展，本文主要從以下幾個方面的發展進行分析。

4.1 提高導電塑料的導電率

以摻入聚乙炔的導電塑料而言，最開始研制出來時導電率約為103S/cm，后來逐漸增大到104S/cm，直到如今，聚乙炔導電塑料的導電率已經到達105S/cm，與銅的導電率相近。

除了聚乙炔導電塑料之外，其他聚合物導電塑料的導電率也在逐漸地升高。

4.2 導電聚合物的參雜性

導電性的影響因素有很多，其中材料的參雜劑對塑料的導電性能具有很大的影響，也容易讓導電塑料的導電性能不穩定。針對于這一點，研究自摻雜導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電塑料，以磺酸鹽的產品為例，通過加入不同的主鏈，然后保證該離子中不再含有陽離子，往陰離子的方向轉換從而生成導電材料。

4.3 非線性聚苯

聚苯、環狀聚苯以及環狀聚苯乙烯這些大分子產品能夠通過各種各樣的結構排列生成不同的產品，形成具有特殊功能的分子電路材料，并生成分子器件，并逐漸在應用中展現出更多的優良性能。例如樹枝狀聚苯，金屬離子能夠在其中傳輸，同時伴有發光現象，可以用作光電轉換的材料；而環狀聚苯這種分子性能更為優良，同時擁有光電和磁性。因此，為了保證導電塑料的性能，可以對聚苯進行各種任何非線性組合，生成具有導電性能的塑料產品。在分子水平上研究導電聚合物也已經成為各路研究學者作為關切的內容之一。

5 結語

導電塑料具有廣闊的發展空間，在未來也會應用到越來越多的產業當中，就目前來看，導電塑料的發展趨勢主要包括以下兩個方面：

（1）深化導電塑料的理論研究，逐漸形成完備的技術領域。技術理論作為研究的基礎，能夠為生產過程中的參數和性能等方面提供科學的技術支持，并且可以在現有的工藝水平上借助相關理論進行突破，使得導電塑料的性能更加完善，促進該領域的長足發展；（2）不斷提高導電填料的導電性。為了充分發揮導電塑料的優勢，在保證生產成本的同時，要降低產品的添加量，降低導電填料對基體塑料的性能影響，提高材料的導電能力，提高生產的工藝水平。

參考文獻

[1]陳勇，官建國，謝洪泉.導電塑料的研究進展[J].彈性體，2008，（2）：75-81.

[2]章煒，姚建吉，詹科，等.導電膠研究進展[J].科技導報，2018，（10）：56-65.

[3]汪洋.紫外老化對導電塑料壓阻效應演化規律的影響研究[D].寧波大學，2017.

[4]潘瑋，張曉潔，曲良俊，等.聚氯乙烯/聚苯胺復合導電材料的制備方法：CN201510145974.3[P].2015-06-17.

[5]王紅星.柔性聚苯胺復合電極的制備及其在超級電容器中的應用[D].蘭州大學，2017.