復合型導電高分子材料研究進展

汪琦 羅華斌 溫天宇

摘要：復合型導電高分子材料主要通過將導電性物質添加到高分子基體中，經復合處理后得到多項復合體系，具有易于加工、耐腐蝕性能強、成本低廉、導電性能強、熱塑性與成形性強等優勢，在電子工業、能源產業與信息行業中得到了廣泛的應用。本文分析了復合型導電高分子材料的主要類別，從應用于導電塑料制造、應用于導電涂料制造、應用于導電橡膠制造以及在隱形技術中應用等四個層面入手，探討復合型導電高分子材料的具體應用，以供參考。

關鍵詞：導電高分子；復合材料；導電性物質；材料制備

引言：

導電高分子材料隸屬于聚合物材料，依照不同的結構特征與組合方式劃分為結構型與復合型兩種類別，其中結構型導電高分子材料的實用價值較低，而復合型導電高分子材料憑借其性能優勢得到了更加廣泛的應用，值得我們進行深入的研究與探討。

1復合型導電高分子材料的主要類別

從導電填料的種類出發，復合型導電高分子材料主要分為共混復合型和填充復合型兩種：

1.1共混復合型

共混復合型導電高分子材料的導電填料包含了結構型導電高分子的粉末或顆粒，將其添加到聚合物中，并借助機械共混法、共沉淀法等方法進行材料制備，便可以達到良好的應用效果。通常來說，常用的結構型高分子材料包含以下三種：

首先是聚苯胺，該物質具有卓越的穩定性、電化學性能，且價格較為低廉，可以借助熔融共混法與溶液共混法進行加工制備，具有極強的應用價值。以聚苯胺/蒙脫石納米復合材料的制備為例，主要應用原位插層聚合法，需要著重把控材料與摻雜劑的用量、控制反應的溫度與時長。通過實驗可以得出，在選用5.1gPANI、將蒙脫石與其質量比控制在0.09、選用50ml的2mol/L HCL溶液、將溫度控制在20°C、反映時長設置為6h，在此條件下便可以獲取到2.51S/cm的電導率，由此可證其具有極強的導電效能。

其次是聚吡咯，作為一種研發較早的導電高分子材料，聚吡咯具有導電率較高、穩定性能強、氧化電位低等優勢，易于發生電化學聚合反應，生成致密薄膜。以石墨烯/聚吡咯納米復合材料的制備為例，可以選用FeCl3·6H20作為氧化劑、對甲苯磺酸鈉作為摻雜劑，借助超聲震蕩下的原位聚合反應完成復合材料制備，該材料不僅大大提高了熱穩定性，還能夠有效提高電導率，使其性能優勢得到了更好的發揮[1]。

最后是聚噻吩，該物質在常溫下的電導率為10-8S·cm-2，具有較強的導電性，薄膜的密度值也保持在最佳范圍內。以P3HT-MWCNTs光敏性納米復合薄膜的制備為例，主要運用化學氧化法作為制備方法，選用多壁碳納米管作為添加材料。在實驗中可以觀察到，當碳納米管含量不斷上升時，其在可見光的區域范圍內產生了一定的紅移幅度，促使太陽能利用率得到了顯著提高。

1.2填充復合型

填充復合型導電高分子材料將聚乙烯、聚丙烯、環氧樹脂、聚酰胺等作為基體聚合物，將碳系、金屬系材料作為導電填料，通過二者結合最終制成高分子材料。依照導電填料的種類進行劃分，可以分為以下兩種：

其一是碳系填充型，由炭黑、石墨、碳纖維等材料組合而成，其中炭黑具有密度小、價格低的優勢，在導電材料制備中較為常用，然而由于其外觀呈現為黑色，一定程度上降低了產品的美觀度；石墨又因其內部含有較多的雜質，因此需要在使用前針對石墨進行一定的清潔處理，導致加工工藝較為復雜；而碳纖維材料憑借其高強度、高模量、良好的耐腐蝕性能等優勢，具有更為廣泛的應用價值。

其二是金屬填充型，通常選用電絕緣性高分子材料作為基體，選用金屬物質作為填充材料，如金屬絲及粉末等，經過混煉與成型加工制備而成，具有良好的導電性能。通常情況下可以選用金、銀、銅、鋁等金屬作為填充材料，其中金、銀類金屬在電導率與熱穩定性方面具有較強的性能優勢，然而成本較高、密度較大是其存在的突出問題；而銅、鋁等材料具有價格低、導電性強、穩定性好的優勢，但極易與空氣接觸發生氧化反應，導電性能并不穩定，因此常被應用于電磁屏蔽與印刷線路引線等材料的制作中[2]。

2復合型導電高分子材料的具體應用

2.1應用于導電塑料制造

復合型導電高分子材料憑借組成方式和制備工藝的差別，與結構型導電高分子材料形成了明顯的區分，然而在材料的實際應用中，結構型導電高分子材料的應用數量僅占據10%，復合型導電高分子材料憑借其性能優勢掌握了更高的實用價值。具體來說，通常將熱固性或熱塑性聚合物作為高分子基體，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍等，在其中加入導電性物質或改性添加劑，最終便制成了復合型導電塑料，現普遍被應用于電磁屏蔽、抗靜電等材料的制作中。以雙級板制作為例，可以選用聚乙烯作為高分子基體，導電填料可以選用炭黑、石墨等，利用碳布進行加固，最終便可以制成釩電池三明治型導電塑料基復合雙級板，在電流、電壓及能量效率等方面都得到了顯著的上升，具有較強的實用價值。

2.2應用于導電涂料制造

我國早在1950年代便著手研發導電涂料，經歷半個多世紀的科學技術發展，如今導電涂料在電子工業、航空航天、化工領域與印刷行業都得到了普遍的應用，憑借其良好的導電性能與排除積累靜電荷的作用橫跨軍用工業領域與民用工業領域，具有極為廣泛的實用價值。以丁苯橡膠/聚苯胺復合涂料的制造為例，可以選用硫酸銅溶液作為電解質，在恒電位的情況下使其發生電化學聚合反應，最終合成丁苯橡膠/聚苯胺復合涂層，在此基礎上將其放置在3.5%氯化鈉與0.5mol/L鹽酸中，借助塔菲爾曲線、開路電位測量法以及EIS針對該涂層的耐腐蝕性能進行對比研究，最終結果表明該涂層具有較強的耐腐蝕性，相應也具有較強的應用價值。

2.3應用于導電橡膠制造

相較于普通橡膠而言，復合導電橡膠主要添加了導電填料，選用天然橡膠、硅橡膠等作為基體，不僅使得橡膠的柔韌性能得到顯著提高，簡化了加工工藝與流程，還具有良好的導電性、導熱性，被廣泛應用于抗靜電材料、傳感等領域的制作中。需要注意的是，導電填料的填充濃度及網絡結構、聚合物類型、粘度等都會對其導電性能產生較為直接的影響，因此應當著重從這些層面入手進行把控[3]。

2.4在隱形技術中應用

復合型導電高分子材料在隱形技術中也具有較強的應用價值，一般選擇將其與納米微粒材料結合，將其填充到橡膠或樹脂基質中。鑒于納米微粒材料的體積與尺寸遠小于雷達發射電磁波的波長，因此相對來說能夠有效提高電磁波透過率、降低電磁波反射率，有效使反射信號減弱，起到良好的隱形效果。同時，相較于普通材料而言，納米微粒材料可以有效提高紅外光波與電磁波的吸收率，進一步降低了雷達與探測器的信號探測功效，從而更好的達到隱形的效果。

結論：

總而言之，復合型導電高分子材料在質量、耐用性、導電性能等方面都具有顯著的優勢，且制造成本較低、對于加工流程并無過高要求，在現如今的規?；?、批量化生產中具有較強的適用價值。伴隨科學技術的持續深入發展，電子制造行業、能源產業、信息行業等都會相應提高對于復合型導電高分子材料的需求量，這種新型材料也必將在市場研發與應用中收獲良好的發展前景。

參考文獻：

[1]楊逢時，張瓊，李國斌，等.復合型導電高分子材料的研究進展[J].化工新型材料，2013，41，（12）：1-3.

[2]陳東紅，虞鑫海，徐永芬.導電高分子材料的研究進展[J].化學與黏合，2012，34，（06）：61-64+76.

[3]霍小平.復合導電高分子材料的改性及應用研究進展[J].中國膠黏劑，2016，（6）：57-61.