导电材料的分类及在涂料领域的应用

导电材料的分类及在涂料领域的应用

新型功能材料的研发技术是衡量一个国家生产力发展水平的因素之一，它可以影响电子、航空航天、通信等诸多领域的发展，导电材料就是其中之一。导电材料种类繁多、应用广泛，因此受到高度重视。根据化学成分的不同，导电材料可以分为碳系、金属系、金属氧化物系、结构高分子系以及复合型等五类；根据导电材料功能不同，又可分为防静电材料、导电材料、电极材料、发热体材料、电磁波屏蔽材料。本文阐述了不同化学成分导电材料的特点，并介绍了该类材料在功能涂料领域的应用情况。

1·导电材料的分类

1.1碳系导电材料

碳系导电材料包括导电炭黑、石墨、碳纤维等，具有导电性好、着色力强、化学稳定性高、密度小、价格低廉等特点，以其制备的导电油墨、导电胶等广泛应用于电子、化工等领域。在使用碳系材料时，通常将导电炭黑、石墨、碳纤维等搭配使用。碳系导电材料存在的不足主要是分散稳定性差、颜色深，因此，实际应用中受到一定的限制。近年来，碳纳米管材料因其具有纳米材料的诸多优异特性，已被探索作为新型的碳系导电材料使用。Takahiro Kitano等利用展开/包覆技术制备了碳纳米管透明导电薄膜，同时讨论了C60(OH)n 的浓度与单壁碳纳米管分散性之间的关系，由此来控制单壁碳纳米管薄膜的厚度。但该类材料由于成本较高，作为导电材料推广使用还需要较长一段时间。

1.2金属系导电材料

金属系导电材料主要包括银系、铜系、镍系等导电材料，具有良好的导电性和延展性，颜色相对较浅，因此，应用较为广泛。其中，以银系导电材料的导电性能最佳，抗氧化能力最强，但价格高昂，使用过程中容易发生银离子迁移造成短路。镍和铜价格较金属银便宜很多，但这2种材料制备成粉体后，容易发生氧化反应，造成电阻的急剧上升，影响导电性能，用有机磷化合物、偶联剂、杂环类化合物或羰基化技术等处理可以提高其抗氧化能力，但相对较高的使用成本，还是使其应用领域受到了限制。

1.3金属氧化物系导电材料

金属半导体氧化物以其熔点高、抗氧化能力强、价格适中等优点，受到应用企业的喜爱。目前比较常见的导电金属氧化物有掺锑二氧化锡(ATO)、掺铝氧化锌(ZAO)、掺铟氧化锡(ITO)等。

1.3.1掺锑二氧化锡导电材料

掺杂了锑的二氧化锡(简称ATO)的导电性明显提高，且具有颜色浅、稳定性好等优良特性。在一定的锑掺杂量范围内，掺锑量越多，导电性能越好，但粉体颜色越深。为得到浅色的导电粉，顾达等研究出一种在掺锑量较少情况下，使锑均匀地掺杂于二氧化锡的粉体中的浅色ATO导电粉的制备方法，克服了现有技术所存在的掺锑不匀以及高温煅烧使粒径长大，影响导电效果的缺陷。

1.3.2掺铝氧化锌导电材料

掺铝氧化锌(简称ZAO)，是氧化锌与氧化铝形成的置换型固溶体。罗重霄等采用超声－模板法高效合成出了分散性好、导电性能优良的导电ZAO纳米晶。该类导电材料不仅紫外线吸收性能好、化学稳定性高，而且具有颜色浅、可见光透过率高、导电性好等优良特性，可以广泛应用在抗静电涂料、橡胶和塑料等领域，有取代导电性好但价格昂贵的

ITO(In2O3:Sn)材料的趋势。

1.3.3掺铟氧化锡导电材料

掺铟氧化锡(简称ITO)具有低电阻率、高可见光透射率等性能优势。陈琼等采用碳还原氧化铟和氧化锡的粉末成功合成了掺铟氧化锡纳米材料，并探索了这种纳米结构在室温下的光致发光性能。掺铟氧化锡因可以切断对人体有害的电子辐射、紫外线及远红外线而被广泛应用于各种平板显示器、传感器、气敏元件之中。

1.4结构型导电高分子材料

结构型导电高分子材料又称为本征型导电高分子材料，纯粹的结构型导电高分子聚合物至今只有聚氮化硫类，其他的大部分导电聚合物均需采用氧化还原、离子化或电化学等手段进行掺杂处理，如具有共轭π键的导电性聚合物如聚苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩及聚苯胺等高分子导电聚合物，其中一些导电性能已接近金属，因此也被称为“金属化聚合物”或“合成金属”。另一种结构型导电分子叫做热分解导电高分子，是把聚酰亚胺、聚丙烯腈等在高温下热处理，使之生成与石墨结构相近的物质，从而获得导电性。这些热分解导电高分子的特征是无需掺杂处理，并具有优异的稳定性。结构型导电高分子材料与传统的复合导电高分子材料相比具有质轻、环境稳定性好、结构可设计、电导率可调、可弥补金属填料的缺陷等特点，同时还具有抗静电、电磁屏蔽或吸收电磁波以及电致发光、光致变色和能发生非线性光学效应等不同特征。在诸多领域都有着潜在的应用价值，如在导电、防腐、EMI(电磁干扰)屏蔽等领域得到了应用。

1.5复合导电材料

随着信息工业的发展，对于具有导电功能的复合材料的需求越来越迫切。复合导电材料是采用导电材料与成型材料填充复合而成的一类新型导电材料。导电材料一般选用导电性能优良的纤维状、网状、树枝状或片状材料，常用的有金属纤维、碳纤维、镀金属纤维、超细炭黑、云母片、金属片、金属合金粉等;成型材料一般采用合成树脂类材料，如聚苯醚、聚碳酸酯、ABS、尼龙和热塑性聚酯等。利用该类材料开发的填充复合型屏蔽材料，具有一次加工成型，缩短加工工艺过程，便于批量生产的优势，是继表层导电型材料之后推向市场的又一类新型材料，也是当前复合导电材料的一个热点研究方向。复合导电材料根据组成的不同，又可以分为无机/无机复合材料、有机/无机复合材料、有机/有机复合材料3大类。

1.5.1无机/无机复合材料

(1)重晶石复合材料。杨华明等以高纯超微细重晶石粉作为基体，采用化学共沉淀技术，利用半导体掺杂原理，以锑掺杂氯化锡水解对重晶石进行包覆，再经焙烧制得锑掺杂SnO2包覆重晶石的导电粉末。

(2)石墨/陶瓷复合导电材料。郑昕等以长石、透辉石、石英等作为陶瓷基体并掺杂石墨，经湿混、干燥、干压成型、快速烧结等工艺制备出了石墨/陶瓷复合导电材料，并发现随着石墨掺量的增加，复合导电材料的电阻率急剧减小;但是，当石墨掺量超过15%时，复合材料的电阻率变化趋于平缓。除上述2种无机/无机复合导电材料外，还有导电云母、导电二氧化钛等复合无机导电材料，这些材料已经被推向市场。

1.5.2有机/无机复合材料

(1)聚噻吩/多壁碳纳米管复合导电材料。多壁碳纳米管(MWNTs)以其优良的导电性能(16.1S/m)被用作填充物制备聚噻吩/碳纳米管导电复合材料［15］。聚噻吩是一种重要的结构型导电高分子材料，在掺杂状态或非掺杂状态都具有很高的环境稳定性，并且由于其结构的多功能性，使得聚噻吩在电导体、电极材料、有机半导体等领域都有很好的应用前景。将聚噻吩与多壁碳纳米管复合获得的导电材料具有更为优异的电学、光学性能。聚噻吩