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导电粉末涂料的作用机理是什么

2024-08-15 08:41:13

  导电粉末涂料的作用机理主要包括掺合型和本征型两种类型,具体如下:

导电粉末涂料

  掺合型粉末涂料:聚合物本身无导电性,以绝缘聚合物为主要成膜物质,掺入导电材料形成涂料,其导电性靠掺入的导电微粒实现。常用的导电材料包括金属粉末(如金、银、镍、锌、铝等)、非金属粉末(如石墨、无定形碳黑等)和金属氧化物(如氧化锌、氧化锡等)。将这些物质掺合到聚合物中,可使聚合物变为半导体。随着导电材料加入量的增加,导电性越好,电阻率越低。解释其导电原理的理论主要有以下三种:

  无限网链理论:该理论认为在含有金属微粒的聚合物体系中,当金属微粒的浓度达到某一临界值(即导电填料在该基体内的临界浓度)后,体系内的金属微粒会“排队”形成如同桥的作用,使自由电子载流子能够从高聚物的一端经过桥到达另一端,从而使绝缘体变成半导体或导体,其导电性取决于涂膜中导电微粒构成的导电网链质量的优劣。

新华彩票  热力学理论:合成树脂基体与导电填料之间的界面效应对掺合型体系中导电回路的形成有很大影响。在导电粉末涂料制备过程中,导电填料粒子的自由表面变成润湿的界面,在基体与填料之间形成界面层,体系产生界面能过剩。随着导电填料的增加,当体系的界面能过剩达到一定程度,导电粒子开始形成导电网络,宏观上表现为体系的电阻率突然降低。此理论能很好地解释以碳黑为填料的导电粉末涂料的导电性能。

  竞争理论:该理论认为导电粉末涂料的导电机理是导电通道、隧道效应、场致发射三种机理相互竞争的结果。导电通道机理是由于涂层中的部分导电粒子能够相互接触而形成链状导电通道;隧道效应与场致发射机理则认为,涂层导电不是靠导电粒子直接接触导电,而是由于热振动或内部电场作用使电子在粒子间迁移而形成电流。在低导电填料含量、低外加电压下,导电粒子的间距较大,形成链状导电通道的几率较小,此时隧道效应起主要作用;在低导电填料含量、高外加电压下,导电粒子间的内部电场很强,电子将有很大的几率飞跃树脂界面层而跃迁到相邻导电粒子上产生电流,即场致发射机理起主要作用。

新华彩票  影响掺合型导电粉末涂料导电性能的因素主要包括聚合物的种类及性质(如相对分子质量、表面张力、结晶度及黏度等)、导电填料的种类及性质(如导电微粒的形状、用量、稳定性、表面效应等),此外导电粉末涂料的制备过程(如填料配比、生产工艺、固化条件等)也会影响其导电性能。

  本征型导电粉末涂料:以导电高聚物为基本成膜物质,高聚物分子本身提供载流子,包括聚电解质、共轭聚合物及 TCNQ 聚合物盐等。其导电机理按照量子力学观点,具有本征导电性的聚合物务必具备两个条件:一是高聚物的分子轨道能强烈的“离域”;二是高聚物的分子轨道间能相互混合(重叠),由此便可以产生载流子,显示出高聚物的电性能。对于共轭链聚合物,本身可产生载流子(电子和空穴),显示出奇特的电性能、光电压效应、光导效应、形成整流结等;对非共轭链高聚物,若分子间的电子轨道能相互重叠,或者有电子施主-受主体系,也能产生载流子和输送载流子,从而显示出本征导电性,导电性可以用电导率来度量,公式为:电导率=载流子浓度×载流子所带电荷×载流子的迁移率。

  然而,目前本征型粉末涂料的制造方法、聚合及施工技术都比较复杂,生产成本较高,所以在市场上未能得到实际应用。一般导电型粉末涂料是用掺合型粉末涂料工艺生产。


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