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導(dǎo)電粉末涂料的作用機理是什么

2024-08-15 08:41:13

  導(dǎo)電粉末涂料的作用機理主要包括摻合型和本征型兩種類型,具體如下:

導(dǎo)電粉末涂料

  摻合型粉末涂料:聚合物本身無導(dǎo)電性,以絕緣聚合物為主要成膜物質(zhì),摻入導(dǎo)電材料形成涂料,其導(dǎo)電性靠摻入的導(dǎo)電微粒實現(xiàn)。常用的導(dǎo)電材料包括金屬粉末(如金、銀、鎳、鋅、鋁等)、非金屬粉末(如石墨、無定形碳黑等)和金屬氧化物(如氧化鋅、氧化錫等)。將這些物質(zhì)摻合到聚合物中,可使聚合物變?yōu)榘雽?dǎo)體。隨著導(dǎo)電材料加入量的增加,導(dǎo)電性越好,電阻率越低。解釋其導(dǎo)電原理的理論主要有以下三種:

  無限網(wǎng)鏈理論:該理論認為在含有金屬微粒的聚合物體系中,當金屬微粒的濃度達到某一臨界值(即導(dǎo)電填料在該基體內(nèi)的臨界濃度)后,體系內(nèi)的金屬微粒會“排隊”形成如同橋的作用,使自由電子載流子能夠從高聚物的一端經(jīng)過橋到達另一端,從而使絕緣體變成半導(dǎo)體或?qū)w,其導(dǎo)電性取決于涂膜中導(dǎo)電微粒構(gòu)成的導(dǎo)電網(wǎng)鏈質(zhì)量的優(yōu)劣。

  熱力學(xué)理論:合成樹脂基體與導(dǎo)電填料之間的界面效應(yīng)對摻合型體系中導(dǎo)電回路的形成有很大影響。在導(dǎo)電粉末涂料制備過程中,導(dǎo)電填料粒子的自由表面變成潤濕的界面,在基體與填料之間形成界面層,體系產(chǎn)生界面能過剩。隨著導(dǎo)電填料的增加,當體系的界面能過剩達到一定程度,導(dǎo)電粒子開始形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),宏觀上表現(xiàn)為體系的電阻率突然降低。此理論能很好地解釋以碳黑為填料的導(dǎo)電粉末涂料的導(dǎo)電性能。

  競爭理論:該理論認為導(dǎo)電粉末涂料的導(dǎo)電機理是導(dǎo)電通道、隧道效應(yīng)、場致發(fā)射三種機理相互競爭的結(jié)果。導(dǎo)電通道機理是由于涂層中的部分導(dǎo)電粒子能夠相互接觸而形成鏈狀導(dǎo)電通道;隧道效應(yīng)與場致發(fā)射機理則認為,涂層導(dǎo)電不是靠導(dǎo)電粒子直接接觸導(dǎo)電,而是由于熱振動或內(nèi)部電場作用使電子在粒子間遷移而形成電流。在低導(dǎo)電填料含量、低外加電壓下,導(dǎo)電粒子的間距較大,形成鏈狀導(dǎo)電通道的幾率較小,此時隧道效應(yīng)起主要作用;在低導(dǎo)電填料含量、高外加電壓下,導(dǎo)電粒子間的內(nèi)部電場很強,電子將有很大的幾率飛躍樹脂界面層而躍遷到相鄰導(dǎo)電粒子上產(chǎn)生電流,即場致發(fā)射機理起主要作用。

  影響摻合型導(dǎo)電粉末涂料導(dǎo)電性能的因素主要包括聚合物的種類及性質(zhì)(如相對分子質(zhì)量、表面張力、結(jié)晶度及黏度等)、導(dǎo)電填料的種類及性質(zhì)(如導(dǎo)電微粒的形狀、用量、穩(wěn)定性、表面效應(yīng)等),此外導(dǎo)電粉末涂料的制備過程(如填料配比、生產(chǎn)工藝、固化條件等)也會影響其導(dǎo)電性能。

  本征型導(dǎo)電粉末涂料:以導(dǎo)電高聚物為基本成膜物質(zhì),高聚物分子本身提供載流子,包括聚電解質(zhì)、共軛聚合物及 TCNQ 聚合物鹽等。其導(dǎo)電機理按照量子力學(xué)觀點,具有本征導(dǎo)電性的聚合物務(wù)必具備兩個條件:一是高聚物的分子軌道能強烈的“離域”;二是高聚物的分子軌道間能相互混合(重疊),由此便可以產(chǎn)生載流子,顯示出高聚物的電性能。對于共軛鏈聚合物,本身可產(chǎn)生載流子(電子和空穴),顯示出奇特的電性能、光電壓效應(yīng)、光導(dǎo)效應(yīng)、形成整流結(jié)等;對非共軛鏈高聚物,若分子間的電子軌道能相互重疊,或者有電子施主-受主體系,也能產(chǎn)生載流子和輸送載流子,從而顯示出本征導(dǎo)電性,導(dǎo)電性可以用電導(dǎo)率來度量,公式為:電導(dǎo)率=載流子濃度×載流子所帶電荷×載流子的遷移率。

  然而,目前本征型粉末涂料的制造方法、聚合及施工技術(shù)都比較復(fù)雜,生產(chǎn)成本較高,所以在市場上未能得到實際應(yīng)用。一般導(dǎo)電型粉末涂料是用摻合型粉末涂料工藝生產(chǎn)。


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