导电涂料的导电机理

中国新型涂料网讯：
       均匀分散在成膜树脂内的导电填料含量超过一定值时，涂料电阻率迅速降低，表现出导电性能，这种现象被称为渗流，这一临界值即为渗流阈值。导电涂料的导电机理与渗流理论密切联系，主要包括导电回路的形成和电子的传输两个方面。

       导电回路的形成

       理论研究认为聚合物内的导电填料含量达到渗流阈值后，复合体系内的导电粒子便会彼此搭接或列队形成三维导电网络回路。导电粒子与聚合物混合时会形成界面，体系界面能过剩。导电填料含量越高，分散效果越好，体系界面能过剩也就越大。Miyasaka等将体系界面能与涂料导电性能联系起来，认为渗流阈值是一个与体系界面能有关的函数，当体系界面能过剩到接近极限值Δg*时，导电填料将产生团聚避免界面能进一步增大，该理论能较好地解释填料含量超过渗流阈值后，电导率提升变缓并最终维持在恒定值。

       电子的传输

       导电回路的形成是从宏观上来描述导电机理，而电子传输则是电流形成的微观过程。填充型导电涂料的电子传输过程比较复杂，目前比较认可的主要有导电通道理论、场致发射理论和隧道效应理论。导电通道理论认为电子是通过涂层内彼此接触的导电粒子来实现传输的，场致发射和隧道效应理论则认为在热振动或内部电场作用下，电子可以越过势垒在彼此相邻几纳米的导体粒子间迁移。大量研究表明CNTs或GNS含量较低时，导电涂层的交流电导率随着频率的提高而迅速增大，当它们含量超过渗流阈值后，即使频率变化，交流电导率依然保持稳定。这是因为随着外场频率的升高，光子能量相应增大，电子在局域态间的跃迁概率增大从而提升体系的交流电导率，一旦CNTs或GNS的含量超过渗流阈值，体系中即形成了畅通的导电网络，故交流电导率不再随频率而改变。所以当CNTs或GNS含量较高时，电子主要经过导电通道进行传输；当其含量较低时，形成连续导电通道的几率较小，这时电子主要通过场致发射和隧道效应来实现传输。