导电橡胶的机理与应用

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表:2007-07-02 人气:2

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导电橡胶属于复合型导电高分子材料的一种。复合型导电高分子材料是指高分子材料本身不具有导电性，但在加工成型时通过加入导电填料，如炭黑、金属粉末箔等，利用分散复合、层基复合、表面复合等方法，使制品具有导电性。其中，分散复合最为常用。

导电橡胶的工作机理

一般橡胶均为良好的电绝缘体。复合型导电橡胶的导电机理有两种理论，即链锁式导电通路和隧道效应。

链锁式导电通路的机理认为，填料粒子必须在零点几纳米以内的距离靠近，这样就可产生压差，使填料粒子的π电子依靠链锁传递移动实现电流通过。橡胶中填料粒子的分散状态形成链锁必须有一定的填料用量，才能出现强的导电现象，因而支配橡胶导电性的最主要因素是填料的用量，这是最经典的一种解释。

导电橡胶广泛应用于电子产业（相片提供Photo Courtesy: 台湾邦达）

链锁式导电通路是建立在填料必须形成链锁的前提下的。但是，用电子显微镜观察拉伸状态的橡胶并不存在炭黑链锁，却仍有导电现象，这就是隧道效应。当导电颗粒间不互相接触时，颗粒间存在聚合物隔离层，使导电颗粒中自由电子的定向运动受到阻碍。这种阻碍可视为具有一定势能的势垒。对一种微观粒子来说，其能量小于势垒的能量时，它有被反弹的可能性，也有穿过势垒的可能性。微观粒子穿过势垒的现象称为贯穿效应，也称为隧道效应。电子作为一种微观粒子，具有穿过导电颗粒之间隔离层阻碍的可能性。这种可能性的大小与隔离层的厚度以及隔离层势垒的能量与电子能量之差值有关。厚度与该差值越小，电子穿过隔离层的可能性就越大。当隔离层的厚度小到一定值时，电子就能很容易地穿过，使导电颗粒间的绝缘层变为导电层。这种由隧道效应产生的导电层可以用一个电阻和一个电容并联来等效。即：导电性是由填料粒子的隧道决定的。同时并有试验证明，随着填料粒子间距的增大，体积电阻亦随之升高。

此外，还有电场放射导电机理，这是因为在研究填料填充的高分子材料的电压、电流特性时，发现其结果不符合欧姆定律。认为之所以如此，是由于填料粒子间产生高压的电场强度而产生电流导致电场放射。综上所述，无论从哪种导电机理来理解，都认为填料的种类和配合量是支配材料最终所表现出的导电性的主要因素。

导电橡胶的应用

导电橡胶的应用是随着近年来集成电路和大规模电子产业的发展而迅速壮大的。随着消费市场的迫切需求和现代科技的不断进步，涌现出了许多高精尖技术的新型电子产品。与之相匹配，各种高精密的新型导电橡胶制品也相继问世。

等向性导电橡胶

等向性导电橡胶在各个方向都具有均一的导电性，既有弹性又有适宜的电阻，不产生振荡，开关负荷小，可制成任意形状的按键开关。目前，已用于制作电脑和电子游戏机的键盘，今后将大量用于办公自动化设备上。

异向性导电橡胶

异向性导电橡胶具有一定方向的导电性。它适用于液晶显示器内的高电阻连接器或印刷电路板触头的低电阻连接器。其制造方法有2种：（1）将含有炭黑的导电橡胶薄层交替重叠，经硫化后沿垂直方向切成薄片；（2）将导电纤维或金属线定向排列在橡胶中。

压敏导电橡胶

压敏导电橡胶的导电性随着压力的增加电阻变小，在不受力时一般为绝缘体。它有2种类型：（1）开关型，不受压力时为绝缘体（断路），当压力达到一定值后，电阻急剧降低至导电状态（接通）；（2）类比型，其电阻值随压力的变化而逐渐变化。开关型压敏导电橡胶可用于制造固态开关元件及无冲击开关元件，如高速公路或道路用的车辆资讯感测器等。

电磁屏蔽用导电橡胶

由于电子仪器、通讯器材和电脑本身会产生电磁波，同时也会受到外界电磁波的干扰，因此，要对电磁波进行屏蔽。

表1 体积电阻系数与屏蔽效果的关系

众所周知，很多因素影响屏蔽体的屏蔽效果，如屏蔽体的形状、厚度、安装方法、导电性能，但主要因素为材料的导电性。

根据场论分析，屏蔽体对电场和高频磁场的反射损耗较大，吸收损耗较小。反射损耗随着频率的增高而减小，吸收损耗与频率的平方根成正比变化。实验表明，材料的导电率越高，反射能力越强。所以屏蔽外来电磁波的干扰要选择导电率高的材料，日本学者根据实验得出如下经验公式：

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