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均勻分散在成膜樹脂內(nèi)的導(dǎo)電填料含量超過一定值時(shí),涂料電阻率迅速降低,表現(xiàn)出導(dǎo)電性能,這種現(xiàn)象被稱為滲流,這一臨界值即為滲流閾值。導(dǎo)電涂料的導(dǎo)電機(jī)理與滲流理論密切聯(lián)系,主要包括導(dǎo)電回路的形成和電子的傳輸兩個(gè)方面。
均勻分散在成膜樹脂內(nèi)的導(dǎo)電填料含量超過一定值時(shí),涂料電阻率迅速降低,表現(xiàn)出導(dǎo)電性能,這種現(xiàn)象被稱為滲流,這一臨界值即為滲流閾值。導(dǎo)電涂料的導(dǎo)電機(jī)理與滲流理論密切聯(lián)系,主要包括導(dǎo)電回路的形成和電子的傳輸兩個(gè)方面。
導(dǎo)電回路的形成
理論研究認(rèn)為聚合物內(nèi)的導(dǎo)電填料含量達(dá)到滲流閾值后,復(fù)合體系內(nèi)的導(dǎo)電粒子便會彼此搭接或列隊(duì)形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)回路。導(dǎo)電粒子與聚合物混合時(shí)會形成界面,體系界面能過剩。導(dǎo)電填料含量越高,分散效果越好,體系界面能過剩也就越大。Miyasaka等將體系界面能與涂料導(dǎo)電性能聯(lián)系起來,認(rèn)為滲流閾值是一個(gè)與體系界面能有關(guān)的函數(shù),當(dāng)體系界面能過剩到接近極限值Δg*時(shí),導(dǎo)電填料將產(chǎn)生團(tuán)聚避免界面能進(jìn)一步增大,該理論能較好地解釋填料含量超過滲流閾值后,電導(dǎo)率提升變緩并最終維持在恒定值。
電子的傳輸
導(dǎo)電回路的形成是從宏觀上來描述導(dǎo)電機(jī)理,而電子傳輸則是電流形成的微觀過程。填充型導(dǎo)電涂料的電子傳輸過程比較復(fù)雜,目前比較認(rèn)可的主要有導(dǎo)電通道理論、場致發(fā)射理論和隧道效應(yīng)理論。導(dǎo)電通道理論認(rèn)為電子是通過涂層內(nèi)彼此接觸的導(dǎo)電粒子來實(shí)現(xiàn)傳輸?shù),場致發(fā)射和隧道效應(yīng)理論則認(rèn)為在熱振動或內(nèi)部電場作用下,電子可以越過勢壘在彼此相鄰幾納米的導(dǎo)體粒子間遷移。大量研究表明CNTs或GNS含量較低時(shí),導(dǎo)電涂層的交流電導(dǎo)率隨著頻率的提高而迅速增大,當(dāng)它們含量超過滲流閾值后,即使頻率變化,交流電導(dǎo)率依然保持穩(wěn)定。這是因?yàn)殡S著外場頻率的升高,光子能量相應(yīng)增大,電子在局域態(tài)間的躍遷概率增大從而提升體系的交流電導(dǎo)率,一旦CNTs或GNS的含量超過滲流閾值,體系中即形成了暢通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),故交流電導(dǎo)率不再隨頻率而改變。所以當(dāng)CNTs或GNS含量較高時(shí),電子主要經(jīng)過導(dǎo)電通道進(jìn)行傳輸;當(dāng)其含量較低時(shí),形成連續(xù)導(dǎo)電通道的幾率較小,這時(shí)電子主要通過場致發(fā)射和隧道效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)傳輸。