Конструкционные пластмассы
Электропроводящие полимерные композиты
жүктеу/скачать 12,88 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Композиции с наполнителем в виде металлических порошков и волокон.
| Электропроводящие полимерные композиты
Как уже отмечалось большинство полимеров являются диэлектриками и не проводят электрический ток. Лишь некоторые из них обладают слабой электропроводностью. Величина их электросопротивления достаточно велика и составляет 106-103 Ом ·см. К таким полимерам относятся, например, полиэлектролиты, содержащие в цепи значительное количество подвижных ионов, которые обеспечивают электропроводность в цепи при наличии условий для их диссоциации. Такие полимеры в чистом виде находят ограниченное применение как антистатики и материалы специального назначения. Гораздо шире используются в технике электропроводящие полимерные композиции, которые получают путем введения в полимерный диэлектрик больших количеств высокоэлектропроводных веществ (порошков металлов, технического углерода, графита, угле- и металловолокон). Таким путем удается повысить электропроводность композиций до 10-2 Ом ·см и практически достичь проводимости металлов. Композиции с наполнителем в виде металлических порошков и волокон. В качестве связующих для электропроводных полимерных материалов применяют любые термо-, реактопласты и каучук. Металлические наполнители изготавливают из Fe, Cu, Al, Ni, Sn, Bi, Cd, Pb. Первые три металла в чистом виде используют реже, так как они быстро окисляются на воздухе. Применяют сплавы на их основе или частицы легко корродирующих металлов покрывают тонкими слоями Ni либо Ag. При достаточно небольшой степени наполнения (<20 об.%) проводимость полимерных композиций с металлическими наполнителями имеет электронно-дырочный характер. В композициях со средним содержанием наполнителя (30 – 50 об.%) перенос зарядов осуществляется по активационному механизму и определяется числом контактов между проводящими частицами. Проводимость в точках контакта частиц наполнителя затруднена наличием тонких полимерных прослоек, а также существованием на поверхности частиц оксидных или сульфидных пленок, имеющих полупроводниковые свойства, удельное сопротивление которых в 10 – 50 раз выше, чем у металла. Поэтому для наиболее ответственных электропроводных композитов в качестве наполнителей применяют благородные металлы (Ag, Au), не подверженные окислению. В высоконаполненных системах (80 – 90 об. %), в которых межчастичное расстояние составляет 1 – 10 мкм, проводимость композиции обеспечивается туннельным эффектом просачивания электронов через потенциальные барьеры, имеющие квантово-механическую природу. Туннельное сопротивление экспоненциально зависит от ширины зазора между частицами. Электропроводящий наполнитель в полимерной матрице может распределяться с образованием различных структур – матричной (кубической, ромбоэдрической и др.), статистической или ориентированной (цепочной), которая возникает, если композицию получают при наложении внешнего магнитного или электрического поля. При равной объемной доле наполнителя электропроводность смеси со статистической упаковкой частиц в тысячи раз выше, чем электропроводность матричной смеси. Еще большую электропроводность имеют системы, ориентированные в магнитном или электрическом поле, для которых нижний порог концентрации частиц, обеспечивающий проводимость, составляет проценты и доли процента. Металлические порошки, применяемые для получения электропроводных композиций, часто имеют очень высокую дисперсность(средний размер частиц 0,1 – 0,3 мкм). Их получают термическим распылением в вакууме, элетрохимическим осаждением, восстановлением из солей (для Ag), электролитическим осаждением (Ni, Cu), разложением карбонилов металлов или солей муравьиной кислоты – формиатов (Fe, Ni, Co). Последним способом можно получить наполнитель непосредственно в матрице связующего. Обычно высокое наполнение металлическими порошками заметно снижает прочность композиций. Высокопрочные композиции с высокой электропроводностью получают также с использованием металлических волокон (Cu, Al, Fe, Be, B, Ta, Ti, Mg, W, Mo). Их диаметр обычно составляет 0,01 – 0,2 мкм, а длина 6 – 25 мм. Такие композиты имеют высокую теплопроводность, их отличает значительная(до 100 раз) анизотропия электрических свойств. жүктеу/скачать 12,88 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|