【正文】 合成橡膠（如硅橡膠、乙丙橡膠）。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 87 在導(dǎo)電填料濃度較低 時(shí)，材料的電導(dǎo)率隨濃度增加很少，而當(dāng)導(dǎo)電填料 濃度達(dá)到某一值時(shí)，電導(dǎo)率急劇上升，變化值可達(dá) 10個(gè)數(shù)量級(jí)以上。 電導(dǎo)率發(fā)生突變的導(dǎo)電填料濃度稱為“ 滲濾閾值 ” 材料科學(xué)與工程學(xué)院 88 平均接觸數(shù) 是指一個(gè)導(dǎo)電顆粒與其他導(dǎo)電顆粒接觸的數(shù)目 BBBBABssNNNNMm 2)(8 22???導(dǎo)電填料顆粒并不需要完全接觸就能形成導(dǎo)電通道 微觀粒子穿過勢(shì)壘的現(xiàn)象稱為 貫穿效應(yīng) ，也稱 隧道效應(yīng) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 89 復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用 材料種類 高分子樹脂 導(dǎo)電填料 應(yīng)用 半導(dǎo)體 1010~107 塑料、橡膠 金屬氧化物粒子、抗靜電劑 復(fù)印電極板、靜電記錄紙、感光紙、紡織材料、家用電器外殼、礦用電氣用品 抗靜電 107~104 塑料、彈性體 抗靜電劑、炭黑 集成電路用搬運(yùn)箱、包裝袋、傳送帶、導(dǎo)電輪胎 弱導(dǎo)電 104~102 塑料、硅橡膠 炭黑 發(fā)熱器件、高壓電纜過渡層、導(dǎo)電薄膜、彈性電極、導(dǎo)線接點(diǎn) 導(dǎo)電性 102~103 塑料、硅橡膠 金屬纖維、銀、銅、炭黑、石墨 電磁波屏蔽材料、導(dǎo)電涂層、導(dǎo)電膠、接線柱墊圈 材料科學(xué)與工程學(xué)院 90 五 導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用 －發(fā)光二極管 利用導(dǎo)電高分子與金屬線圈當(dāng)電極，半導(dǎo)體高分子在中間，當(dāng)兩電極接上電源時(shí)，半導(dǎo)體高分子將會(huì)開始發(fā)光。比傳統(tǒng)的燈泡 更節(jié)省能源而且產(chǎn)生較少的熱 ，具體應(yīng)用包括 平面電視機(jī)屏幕、交通信息 標(biāo)志等。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 91 1920年德國學(xué)者古登和波爾發(fā)現(xiàn)，某些物質(zhì)加上電壓后會(huì)發(fā)光。在兩電極間施加一定電壓后，電極間的薄膜材料發(fā)出一定顏色的光，這種直接將電能轉(zhuǎn)化為光能的現(xiàn)象叫 光電效應(yīng)，也叫（電）場致發(fā)光 。 電致發(fā)光聚合物 1990年英國劍橋大學(xué) Friend小組首次報(bào)道聚苯亞乙烯（ polyphenylenevinylene, PPV）聚合物在外加電壓時(shí)可發(fā)出黃綠光，很快出現(xiàn)了研究聚合物發(fā)光二極管（ Polymer light emitting diodes, PLED）的熱潮 材料科學(xué)與工程學(xué)院 92 可以卷起來的顯示器：聚合物發(fā)光二極管柔性顯示器 材料科學(xué)與工程學(xué)院 93 半導(dǎo)體特性的應(yīng)用 導(dǎo)電高分子可制成太陽電池，結(jié)構(gòu)與發(fā)光二極管相近，但機(jī)制卻相反，它是將光能轉(zhuǎn)換成電能。 優(yōu)勢(shì)在于廉價(jià)的制備成本，迅速的制備工藝， 具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性 。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 94 高分子摻雜態(tài)儲(chǔ)存電能、脫摻雜過程中釋放電能 —— 全塑電池 輸出電壓 3V、電池容量 ，復(fù)充放電上千次。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 95 導(dǎo)電性可以在絕緣體、半導(dǎo)體、金屬導(dǎo)體之間變化 ,—— 不同的吸波性能 ?密度小 —— 輕 ?加工性能 —— 薄 ?穩(wěn)定性較好 —— 高溫使用 材料科學(xué)與工程學(xué)院 96 葡萄糖傳感器、尿素傳感器、乳酸傳感器、膽固醇傳感器 材料科學(xué)與工程學(xué)院 97 導(dǎo)電高分子與大氣某些介質(zhì)作用 電導(dǎo)率改變 , 除去介質(zhì) 恢復(fù)。（摻雜 /或脫摻雜過程）。 可用作選擇性高、靈敏度高和重復(fù)性好的氣體傳感器。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 98 導(dǎo)電高分子材料的優(yōu)越性 具有半導(dǎo)體及導(dǎo)體雙重特性，可低溫加工、可大面積化、 具有塑料的拉伸性、彈性和柔韌性 等，所以制作成本低，組件特性優(yōu)越，對(duì)未來電子及信息工業(yè)將產(chǎn)生巨大影響。 導(dǎo)電高分子材料面臨的挑戰(zhàn) 綜合電學(xué)性能與銅相比還有差距，理論上還沿用無機(jī)半導(dǎo)體理論和摻雜概念；導(dǎo)電聚合物的自構(gòu)筑、自組裝分子器件的研究也存在很多問題；加工性能和力學(xué)性能以及穩(wěn)定性上也需要改進(jìn)。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 99 一 強(qiáng)電場作用下絕緣材料的破壞 在強(qiáng)電場中工作的絕緣材料，當(dāng)所承受的電壓超過一臨界值 V穿 時(shí)便喪失了絕緣性能而擊穿，稱為 電介質(zhì)的擊穿 。 材料所能承受的最大電場強(qiáng)度稱為材料的 抗電強(qiáng)度（介電強(qiáng)度） dV 穿穿 ?E?固體介質(zhì)的擊穿是不可逆過程 ?氣體及液體介質(zhì)的擊穿是可逆過程 高聚物的電擊穿 材料科學(xué)與工程學(xué)院 100 二 擊穿形式 — 電過程，僅有電子參加 強(qiáng)電場作用下，原來處于熱運(yùn)動(dòng)的少數(shù)自由電子將反電場方向定向運(yùn)動(dòng)，并撞擊介質(zhì)內(nèi)離子產(chǎn)生電離 次級(jí)電子。大量電子形成雪崩，使貫穿介質(zhì)的電流迅速增長，導(dǎo)致介質(zhì)的擊穿 電場下，由于各種損耗，部分電能變成熱能，介質(zhì)被加熱，溫度升高，介質(zhì)燒裂、熔融而喪失絕緣性 長期運(yùn)行在高溫、潮濕、高電壓或腐蝕性環(huán)境發(fā)生老化喪失絕緣性 材料科學(xué)與工程學(xué)院 101 三 影響抗電強(qiáng)度的因素 1 溫度的影響 （ 1）對(duì)電擊穿影響不大 （ 2）對(duì)熱擊穿影響較大 （ 3）對(duì)化學(xué)擊穿加快 2 頻率的影響 頻率對(duì)熱擊穿很大 擊穿場強(qiáng)與頻率的平方根成反比 、散熱條件都對(duì)擊穿有影響 材料科學(xué)與工程學(xué)院 102 高聚物的靜電作用 靜電問題是高分子材料加工和使用中一個(gè)相當(dāng)重要的問題 任何兩個(gè)物理狀態(tài)不同的固體，只要其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中電荷載體能量分布不同，接觸（或摩擦）時(shí)就會(huì)在固－固表面發(fā)生電荷再分配，使再分離后每一個(gè)固體都帶有過量的正（或負(fù)）電荷，這種現(xiàn)象稱 靜電現(xiàn)象。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 103 ?接觸起電的機(jī)理與兩種物質(zhì)的電荷逸出功之差有關(guān)。 ?電荷逸出功 U是指電子克服原子核的吸引從物質(zhì)表面逸出所需的最小能量。 ?接觸界面上的電荷轉(zhuǎn)移量 Q與兩種物質(zhì)的逸出功差 和接觸面積 S成正比。熱力學(xué)平衡狀態(tài)下，有： ）－（ 21 UUSQ ??? ?21 UU ? 材料科學(xué)與工程學(xué)院 104 聚 合 物 逸出功 / eV 聚 合 物 逸出功 / eV 聚四氟乙烯 聚乙烯 聚三氟氯乙烯 聚碳酸酯 氯化聚乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 聚氯乙烯 聚乙酸乙烯酯 氯化聚醚 聚異丁烯 聚砜 尼龍－ 66 聚苯乙烯 聚氧化乙烯 幾種聚合物材料的電荷逸出功 材料科學(xué)與工程學(xué)院 105 ?其中任何兩種聚合物接觸時(shí)，電荷 逸出功 高的聚合物將帶負(fù)電，小的帶正電。高分子材料與金屬接觸時(shí)，界面上也發(fā)生類似的電荷轉(zhuǎn)移。 ?尼龍 66與不同金屬摩擦，對(duì)逸出功大的金屬，尼龍帶正電；對(duì)逸出功小的金屬，尼龍帶負(fù)電。 ?聚合物與聚合物摩擦?xí)r，介電系數(shù)大的聚合物帶正電，介電系數(shù)小的帶負(fù)電。另外聚合物的摩擦起電順序與其逸出功順序也基本一致，逸出功高者一般帶負(fù)電。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 106 （二）靜電的消除 ?常用的除靜電方法有在聚合物表面噴涂抗靜電劑或在聚合物內(nèi)填加抗靜電劑。 ?抗靜電劑是一些具有兩親結(jié)構(gòu)的表面活性劑，其分子結(jié)構(gòu)通常為： R— y — x ，分子一端 R是親油基，為 C12以上的烷基；另一端 x是親水基，如羥基、羧基、磺酸基等； y是連接基。 材料科學(xué)與工程學(xué)院 107 ?加入抗靜電劑的主要作用是提高聚合物表面電導(dǎo)性或體積電導(dǎo)性，使迅速放電，防止電荷積累。 ?根據(jù)制造復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的原理，在聚合物基體中填充導(dǎo)電填料如炭黑、金屬粉、導(dǎo)電纖維等也同樣能起到抗靜電作用。