導電塑膠是將樹脂和導電物質混合，用塑膠的加工方式進行加工的功能型高分子材料。主要套用於電子、積體電路包裝、電磁波禁止等領域。它是導電高分子材料的最重要類別。由於塑膠在電氣領域的常規套用是作絕緣材料，故有人把導電塑膠列為特種功能材料來處理。
基本介紹
- 中文名：導電塑膠
- 外文名：conductive plastic
- 原料：樹脂和導電物質
- 套用：電子、積體電路包裝等
- 實質：功能型高分子材料
- 性能描述方式：體積電阻率和表面電阻率
簡介,來源,分類,結構型導電塑膠,複合型導電塑膠,用途,新型導電塑膠,
簡介
導電塑膠絕大多數是本來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製得的。用體積電阻率和表面電阻率同樣足以描述它們的電性能。這種依仗炭絲網路結構的電性能取決於製備它們的方法，也隨機械彎曲和接觸莊力的改變而變化。
導電塑膠綜合了金屬的導電性（即在材料兩端加上一定電壓，在材料中有電流通過）和塑膠的各種特性（即材料分子是由許多小的、重複出現的結構單元組成的）。要想賦予聚合物以導電性，在聚合物主鏈中就必須引入π共軛體系，構成π電子系重疊的高分子，而且高分子的有規結構也是不可缺少的，而摻雜劑即可勝此任。因此，塑膠材料具有導電性的第一個條件是它必須具有共軛的π電子體系，第二個條件是它必須經過化學或電化學摻雜，即通過氧化還原過程使聚合物鏈得到或失去電子。研究進展表明，人們能夠生產出導電性超過銅的塑膠，以及在室溫下導電性超過其他任何材料的塑膠。
來源
我們通常認為塑膠導電性極差，因此被用來製作導線的絕緣外套。但澳大利亞的研究人員發現，當將一層極薄的金屬膜覆蓋至一層塑膠層之上，並藉助離子束將其混入高分子聚合體表面，將可以生成一種價格低、強度高、韌性好且可導電的塑膠膜。
取得這一成果的小組由兩位來自澳大利亞昆士蘭大學的專家領導，分別是保羅·麥里迪斯（Paul Meredith）教授和助理教授本·鮑威爾（Ben Powell），以及一位來自新南威爾斯大學的專家亞當·米考林（Adam Micolich）教授。他們的這一成果已經發表於《ChemPhysChem》雜誌。該項研究所依據的實驗由前昆士蘭大學博士生安德魯·史蒂芬森（Andrew Stephenson）進行。離子束技術在微電子工業領域被廣泛運用來測試半導體，如矽片的導電性能。但將這種技術套用到塑膠膜材料的嘗試是從上世紀80年代才開始起步的，一直進展不大。麥里迪斯教授介紹說：“這個小組所作的工作，簡單來說就是藉助離子束技術改變塑膠膜材料的性質，使其具備類似金屬的功能，能夠嚮導線本身那樣導電，甚至可以變成超導體，當溫度低到一定程度時電阻變為零。”
為了顯示這種材料的潛在套用價值，小組採用這種材料，參照工業標準製作了電阻溫度計。在和同類型的鉑電阻溫度計進行對比測試時，新材料製作的產品顯示了類似，甚至更優越的性能。“這種材料的有趣之處在於我們幾乎保留了高分子聚合物的全部優勢——機械柔韌性、高強度，低成本，但與此同時它卻又具有良好的導電性，而這通常可不是塑膠應該具有的特性。”米考林教授說。“這種材料開創了一個塑膠導體的新天地。”
而安德魯·史蒂芬森則認為這項技術最令人興奮之處在於這種薄膜的導電性可以進行精確的調整或設定，這將具有非常廣闊的套用前景。他說：“事實上，我們可以將這種材料的導電性更改10個數量級，簡單的說，這就像是我們在製作這種材料時，手裡擁有100億種選擇。理論上說，我們可以製造出完全不導電的塑膠，或者導電性和金屬一樣好的塑膠，以及介於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常用的設備輕易地製造出來，並其相比傳統的高分子半導體材料，這種新材料對暴露在氧氣中的抗氧化能力也要高得多。 研究人員表示，綜合以上這些優勢，這種藉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套用前景，它是現代和未來技術的融合。
分類
導電塑膠通常分為兩大類。
結構型導電塑膠
是指塑膠本身具有“固有”的導電性，由聚合物結構提供導電載流子（電子、離子或空穴）。這類塑膠經過摻雜後，電導率可大幅度提高，其中有些甚至可達到金屬的導電水平。摻雜的方法有化學摻雜和物理摻雜二大類，摻雜劑有電子受體、電子給體和電化學摻雜劑等。摻雜型聚乙炔是個典型例子，在添加碘或五氟化砷等電子受體後，電導率可增至104Ω-1·cm-1。
結構型導電塑膠可用於製作大功率塑膠蓄電池、高能量密度電容器、微波吸收材料等。
複合型導電塑膠
在複合型導電塑膠中，塑膠本身並不具備導電性，只充當了粘合劑的角色。導電性是通過混合在其中的導電性的物質如炭黑、金屬粉末等獲得的。這些導電性物質稱為導電填料，以銀粉和炭黑使用最多，它們在複合型導電塑膠中起著提供載流子的作用。
複合型導電塑膠製備方便，有較強的實用性，常套用於開關、壓敏元件、連線器、抗靜電材料、電磁禁止材料、電阻器及太陽能電池等。
用途
導電塑膠不僅在抗靜電添加劑、計算機抗電磁螢幕和智慧型窗等方面的套用已快速的發展，而且在發光二極體、太陽能電池、行動電話、微型電視螢幕乃至生命科學研究等領域也有廣泛的套用前景。此外，導電塑膠和納米技術的結合，還將對分子電子學的迅速發展起到推動作用。將來，人類不僅可以大大提高計算機的運算速度，而且還能縮小計算機的體積。因此，有人預言，未來的筆記本電腦可以裝進手錶中。
隨著電子電器、積體電路和大規模積體電路的迅速發展，包括微型化和高速化，其使用的電流大多是微弱電流，致使控制訊號功率與外部侵入電磁波噪音的功率接近，因此易產生誤動作、圖像障礙和音響障礙，妨礙警察通訊、防衛通訊和航空通訊，造成衛星總裝調試障礙等等，對此必須採用禁止措施。導電塑膠是理想的禁止材料，可作為電子器件設備的外殼來實現禁止。它與傳統導電材料相比，更輕巧，易成型加工，耐腐蝕，電阻容易調節而總成本又較低，因此需要用導電塑膠實現禁止。
許多導電材料或高導材料套用的場合如製作電極，低溫發熱體等等，以採用導電塑膠最合適。
新型導電塑膠
南韓科學技術院最近將多吡咯進行化學聚合後得到導電塑膠。這是一種能源貯存體，可套用於充電的高分子蓄電池；也可根據其在薄膜狀態下反覆產生的氧化還原作用，用於製造變色開關也可以被覆在使用太陽能電池的半導體電極表面，用以提高性能還可用於電路設計，或代替已有的蓄電池以及用於傳真照片。
