1、材料新秀- 导电塑料摘要：在人们的印象中，塑料是不导电的。而 2000 年诺贝尔化学奖的获得者美国科学家艾伦黑格、艾伦马克迪尔米德和日本科学家白川英树却打破了人们的常规意识，向人们习以为常的“观念”提出了挑战。他们通过研究发现，经过特殊改造之后，塑料能够像金属一样，具有导电性。近年来，有关导电塑料的研究受到了普遍的重视，研制和发展高效、低成本、易加工的新型导电塑料已成为电子领域的重要科研方向。本文介绍了导电塑料的组成，讨论了导电塑料的导电机理、影响导电的因素，综述了该材料在电子领域的应用及研究进展，并提出了未来发展的方向。关键词：导电塑料 高分子材料 太阳能 芯片 结构型 复合型自从导电塑料这
2、种特殊的材料被偶然发现以来，随着研究的不断深入，其应用也越来越广泛，现已被广泛用作集成电路、晶片、传感器护套等精密电子元件生产过程使用的防静电周转箱、托盘、晶片载体、薄膜袋等。因此，其应用领域不断扩大。目前导电塑料材料在美、日、德等国家的使用量已经达到较高的程度，需求量正在逐年成倍地增加。国内导电塑料的开发与应用也已从初期的纯实验室研究发展到了工业应用研究阶段。20世纪初，日本和美国就开始将其用在精密角度传感器中，作为敏感材料，将其制成电阻膜，利用电刷臂将转角转换成电阻的变化，使老式的电位器式角度传感器的结构大为精简，输出精度大大提高，且具备极强的抗噪声能力和超长的机械寿命，被广泛应用于雷达、
3、导弹、火炮等军事装备中哺1，并已经拓展到民用领域，对导电埋料的需求大为增加。，1.导电塑料分类1.1按照电性能分类，可分为：绝缘体、防静电体、导电体、高导体。 通常电阻值在 1010cm 以上的称为绝缘体； 电阻值在104109cm 范围内的称作半导体或防静电体； 电阻值在104cm 以下的称为导电体； 电阻值在 100cm 以下甚至更低的称为高导体。1.2按导电塑料的制作方法分类，可分为结构型导电塑料和复合型导电塑料。 1.2.1、结构型导电塑料又称本征型导电塑料，是指本身具有导电性或经化学改性后具有导电性的塑料。结构型材料合成工艺较复杂，成本较高，目前价格相当昂贵，是一种真正意义的导电塑料
4、，研发一旦突破技术瓶颈，将给我们的生活带来无法想象的影响。结构型高分子导电材料主要有： （1） 共轭系高分子：如聚乙烯、(Sr)n、线型聚苯、层状高聚物等； （2）金属螯合物：如聚酮酞菁； （3）电荷移动型高分子络合物：如聚阳离子、CQ 络合物。 1.2.2、复合型是由导电性物质与高分子材料复合而成。该类别成本稍低，可以满足各种成型要求，是一类已被广泛应用的功能性高分子材料。复合型导电塑料根据导电填料的不同可分为：抗静电剂系、晶须系、金属系(各种金属粉末、纤维、片等) 、碳系(炭黑、石墨等) ，可以根据制品电阻值的不同要求进行调节生产。 1.3按用途的不同分类，可分为：抗静电材料、导电材料和电
5、磁波屏蔽材料。2、 导 电 塑 料 应 用 导 电 塑 料 不 仅 在 抗 静 电 添 加 剂 、 计 算 机 抗 电 磁 屏 幕 和 智 能 窗 等 方面 的 应 用 已 快 速 的 发 展 ， 而 且 在 发 光 二 极 管 、 太 阳 能 电 池 、 移 动电 话 、 微 型 电 视 屏 幕 乃 至 生 命 科 学 研 究 等 领 域 也 有 广 泛 的 应 用 前景 。 此 外 ， 导 电 塑 料 和 纳 米 技 术 的 结 合 ， 还 将 对 分 子 电 子 学 的 迅速 发 展 起 到 推 动 作 用 。 将 来 ， 人 类 不 仅 可 以 大 大 提 高 计 算 机 的 运算 速
6、 度 ， 而 且 还 能 缩 小 计 算 机 的 体 积 。 因 此 ， 有 人 预 言 ， 未 来 的笔 记 本 电 脑 可 以 装 进 手 表 中 。2.1、塑料芯片：未来应用无处不在 导电塑料的发现者、美国物理学家马克迪尔米德教授领导的研究小组利用普通塑料研制出了纳米电子线路。这种纳米电子线路成本非常低廉，一块纳米电子线路板的成本仅为 1 美分，是硅芯片价格的 1%10%.现在，他们正在研制直径仅为 100 纳米的纳米材料聚苯胺纤维，直径仅有头发丝的 1/500.如果能将纳米导电纤维与纳米电子电路结合起来，就可以把计算机做得非常小。 2.2、塑料太阳能电池 目前，科学家已经开发出一种新型
7、的塑料太阳能电池，由于价格低廉，而且很轻，自然备受青睐。它的储电量是传统碱性电池的2 倍，电压甚至高出 100 倍。在充电方面，塑料太阳能电池和传统电池可以说是一样快；而供电时间又一样长。这种电池使用起来更稳定、更高效，寿命要长得多，最多可使用两年半。在不远的将来，塑料太阳能电池必将会有更广泛的应用总之，导电塑料可以应用 很多方面，还有像电子报纸：真正体验信息时代 、 导电材料在汽车油路中的应用 、 能源无忧：塑料电池、三星推出最大的工程塑料液晶显示器、新一代的导电聚合物替代铬化合物、阿托菲纳推出汽车用导电尼龙、 GE 公司推出耐热导电树脂、美推出导电 TPE 新产品 。3.导电塑料的机理及其
8、性质3.1、结构型导电塑料根据其导电机理的不同可分为电子导电、离子导电和氧化还原型导电3种。电子导电塑料的载流子是自由电子或空穴。其分子结构特征是有大的线性共轭霄电子体系，给自由电子提供了离域迁移条件，使得自由电子或空穴迁移时的阻碍力减小，因而导电能力大大提高；离子型导电塑料的载流子是正离子和负离子。其导电机理的理论主要有非晶区扩散传导离子导电理论、离子导电聚合物自由体积理论和无须亚晶格离子的传输机理等。固体离子导电的两个先决条件是具有能定向移动的离子和基体具有对离子溶和能力。复合型导电塑料的导电机理为：导电塑料中填充的导电粒子浓度足够高时，塑料的电导率发生突变，产生逾渗现象，就是导电填料粒子
9、的自由表面变成润湿的界面，形成塑料聚合物一填料界面层。随着导电填料含量的填加，聚合物一填料的过剩界面能不断增大，当体系过剩界面能达到一定程度时，导电粒子开始形成导电通道，宏观上表现为体系的电导率突变，从而使用塑料变成导体。3.2、导电塑料性质与金属相比，其具有易加工、重量轻、柔软性强、导电性能好和生产成本低等优点。它可以作为摄影胶卷的防静电物质，制造防电子辐射的计算机屏幕保护镜和遮挡阳光的“智能” 窗户。在包装,运输,及电子电器方面可应用于I.C.托盘,周转箱,I.C.料盒,便携电脑外壳,家电部件,LCD盒托盘等. 。4.真正塑料时代的来临 也许是明天，或许是后天，导电塑料就会带来各种廉价的或
10、这一次性的电子产品进入我们的生活，它甚至会创造出一个新兴的产品应用市场，这也许就是真正塑料时代的来临。 导电塑料开始向硅晶体的霸主地位发起冲击，这将给半导体行业带来天翻地覆的变化。导电塑料的工业化应用将为电子电气和信息产业提供了广阔无限的发展空间！5.展望“未来的世界是塑料+芯片的世界。 ”在上海举办的中国国际塑料橡胶工业发展论坛上，德国塑料橡胶工业协会原主席荷尔玛 佛朗兹如此论断。 疯狂吗？也许有点，不过至少从目前可预见的趋势看，它正在慢慢成立。未来，把显示器像报纸一样卷起来放进背包将成为时尚，人们可以随时打开它来收看电视节目或者连入因特网，随着有机材料显示技术的不断发展，柔性视频显示器将越
11、来越受到人们的青睐。将来，采用装有塑料芯片的微电脑控制的机器人，比采用硅芯片的机器人更灵活，更容易操纵。采用导电塑料制造出来的机器人的肌肉富有弹性，用电化学方法控制这种人造肌肉，可以使之膨胀和收缩，这种几乎能够以假乱真的肌肉适合于制造机器人的四肢，它能够按照机器人电脑的指挥做出各种动作，这将是机器人制造技术的一项重大突破。文献：【1】 僚德新导电聚台物走上前台N科学时报，20001017(3)【2】 安鹏神奇材料为他们赢得了诺贝尔化学奖IN【3】 方鲲 曹传宝 朱鹤孙 等.不锈钢纤维填充热塑性导电塑料研究进展J.化工新型材料,2006,34(1):5-7.【4】谢长生人类文明的基石一材料科学技术武汉：华中理工大学出版社，2000：105【5】 陆长征导电聚氨脂泡沫塑料的研制塑料，2003，32(5)：5053 ，【6】杨玉英，尚秀丽，孔超，等聚苯胺聚砜导电塑料薄膜的制备及性能研究西北师范大学学报(自然科学版)，2006(1)：16
