功能复合材料-4-导电复合材料课件.ppt

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1、4.1概述4.导电复合材料作为复合材料的电导率没有明确的数值来划分导体、半导体和绝缘体。7/27/20211功能复合材料两种或两种以上的金属形成的复合材料显然是导体；相反，两种或两种以上的绝缘体形成的复合材料电导率不会很高。7/27/20212功能复合材料但是，复合材料中如果含有导电和绝缘两种材料，那么它的电导率或是极端或是一些中间值，这取决于导体和绝缘体的相对含量、几何分布和组元本身特性。7/27/20213功能复合材料基体：聚合物、金属、陶瓷、水泥导电填料：炭素、金属、金属氧化物导电复合材料可分为两大类：（2）基体本身具有导电功能的复合材料。（1）将导电体加入到基体中构成的

2、复合材料。导电复合材料是指复合材料中至少有一种组分具有导电功能的材料。7/27/20214功能复合材料与金属导体相比，导电复合材料具有明显的优势：1.密度低；2.可供选择的导电性范围大，体积电阻率范围为10-3~1010Ω∙cm；3.耐腐蚀性强；4.优良的加工性能，容易加工成各种复杂结构形状的零件，可大批量生产；5.成本较低。7/27/20215功能复合材料聚合物基导电复合材料通常是在基体聚合物中加另外一种导电聚合物或导电填料复合而成。导电聚合物通常是指分子结构本身或经过掺杂处理后具有导电功能的共轭聚合物。4.2聚合物基导电复合材料4.2.1简介7/27/20216功能复合材料

3、一般将体积电阻率ρv小于109的聚合物基复合材料称为聚合物基导电复合材料。7/27/20217功能复合材料抗静电剂多为极性或离子型表面活性剂，分子结构中含有亲水基团和疏水基团。加入聚合物基体中后，其分子经过向复合材料制品表面迁移而形成一层“水膜”，从而达到防止和消除积累在复合材料制品表面的静电的目的。4.2.2聚合物基导电复合材料的组成1.基体聚合物：橡胶，热固性树脂、热塑性树脂；2.导电填料：抗静电剂，各种导电材料7/27/20218功能复合材料7/27/20219功能复合材料7/27/202110功能复合材料4.2.3聚合物基导电复合材料的导电机理实例：金属填充材料的导电特

4、性将金属颗粒混入高分子聚合物，高分子聚合物的电阻率就会发生变化，然而这个变化并非依据加和法则，而是当金属填料浓度达到一临界体积c时，金属填充聚合物发生一个如下图所示的突然转换，由绝缘体变成导电体。7/27/202111功能复合材料苯乙烯—丙烯腈共聚物中Al粉和Fe粉的体积分数和电阻率的关系电阻率对数/.cm金属的体积分数AlFe7/27/202112功能复合材料这一临界填料量称之为复合材料的“导电门槛”值。临界浓度值与金属填充颗粒的尺寸、分布、形状以及制造工艺有很大关系。例如宽粒分布的铝粉末的临界体积分数为0.4，而窄颗粒分布的粉末临界体积分数为0.2。7/27/20211

5、3功能复合材料很多研究表明，一些绝缘性复合材料当承受电压达到临界值时，会变成高导电性材料。如果没有大的电流通过，则消除电压后样品仍保持较低的电阻率，尔后再恢复到样品的绝缘状态。7/27/202114功能复合材料复合材料电导率不仅与金属填加物体积分数有关，与温度也有密切关系，从而显现出正温度效应和负温度效应。7/27/202115功能复合材料在一温度范围内，复合材料的电阻随着温度的升高而升高(正温度效应)。当超过某一温度时，其电阻值又随温度的升高而下降(负温度效应)。7/27/202116功能复合材料由于电阻的正温度效应、负温度效应的存在，使复合材料成为一种开关材料。因此，可用于

6、制备各种电子开关器件。7/27/202117功能复合材料现象：体系的电阻率突然下降。1.导电通路的形成（1）在突变点（临界值）附近导电填料的分布开始形成导电通路网络。（2）聚合物-填料的界面效应非常重要。如，炭黑临界含量是一个与体系界面能过剩有关的参数。（3）加工成型过程中的各种因素对复合材料的导电性能影响很大，其实质是两相界面状况在加工过程是不断变化的，并直接对炭黑在基体中的分散状态发生影响。7/27/202118功能复合材料2.形成导电通路后的导电行为（导电机理）(1)通过导电粒子之间的直接接触而产生传导，即“导电通道学说”。(2)除了粒子之间的接触，电子也可在分散于基体中

7、的导电粒子间间隙迁移而产生导电现象，即“隧道效应学说”。(3)由于导电粒子间的高强电场，产生发射电流，即“电场发射学说”。7/27/202119功能复合材料3.影响导电性能的因素(1)导电填料种类、性质及含量用的影响炭黑的结构均一、比表面积大、表面活性基团含量少，制备的复合材料的导电性能好；粒子形状（絮团状粒子优于球状及片状粒子）；填料用量（渗滤阈值）。(2)聚合物种类的影响聚合物基导电复合材料的导电性随聚合物表面张力减小而升高；对于同一聚合物基体的导电复合材料，其导电性随聚合物粘度降低而升