复合型导电高分子材料研究进展

汪琦 罗华斌 温天宇

摘要：复合型导电高分子材料主要通过将导电性物质添加到高分子基体中，经复合处理后得到多项复合体系，具有易于加工、耐腐蚀性能强、成本低廉、导电性能强、热塑性与成形性强等优势，在电子工业、能源产业与信息行业中得到了广泛的应用。本文分析了复合型导电高分子材料的主要类别，从应用于导电塑料制造、应用于导电涂料制造、应用于导电橡胶制造以及在隐形技术中应用等四个层面入手，探讨复合型导电高分子材料的具体应用，以供参考。

关键词：导电高分子；复合材料；导电性物质；材料制备

引言：

导电高分子材料隶属于聚合物材料，依照不同的结构特征与组合方式划分为结构型与复合型两种类别，其中结构型导电高分子材料的实用价值较低，而复合型导电高分子材料凭借其性能优势得到了更加广泛的应用，值得我们进行深入的研究与探讨。

1复合型导电高分子材料的主要类别

从导电填料的种类出发，复合型导电高分子材料主要分为共混复合型和填充复合型两种：

1.1共混复合型

共混复合型导电高分子材料的导电填料包含了结构型导电高分子的粉末或颗粒，将其添加到聚合物中，并借助机械共混法、共沉淀法等方法进行材料制备，便可以达到良好的应用效果。通常来说，常用的结构型高分子材料包含以下三种：

首先是聚苯胺，该物质具有卓越的稳定性、电化学性能，且价格较为低廉，可以借助熔融共混法与溶液共混法进行加工制备，具有极强的应用价值。以聚苯胺/蒙脱石纳米复合材料的制备为例，主要应用原位插层聚合法，需要着重把控材料与掺杂剂的用量、控制反应的温度与时长。通过实验可以得出，在选用5.1gPANI、将蒙脱石与其质量比控制在0.09、选用50ml的2mol/L HCL溶液、将温度控制在20°C、反映时长设置为6h，在此条件下便可以获取到2.51S/cm的电导率，由此可证其具有极强的导电效能。

其次是聚吡咯，作为一种研发较早的导电高分子材料，聚吡咯具有导电率较高、稳定性能强、氧化电位低等优势，易于发生电化学聚合反应，生成致密薄膜。以石墨烯/聚吡咯纳米复合材料的制备为例，可以选用FeCl3·6H20作为氧化剂、对甲苯磺酸钠作为掺杂剂，借助超声震荡下的原位聚合反应完成复合材料制备，该材料不仅大大提高了热稳定性，还能够有效提高电导率，使其性能优势得到了更好的发挥[1]。

最后是聚噻吩，该物质在常温下的电导率为10-8S·cm-2，具有较强的导电性，薄膜的密度值也保持在最佳范围内。以P3HT-MWCNTs光敏性纳米复合薄膜的制备为例，主要运用化学氧化法作为制备方法，选用多壁碳纳米管作为添加材料。在实验中可以观察到，当碳纳米管含量不断上升时，其在可见光的区域范围内产生了一定的红移幅度，促使太阳能利用率得到了显著提高。

1.2填充复合型

填充复合型导电高分子材料将聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、聚酰胺等作为基体聚合物，将碳系、金属系材料作为导电填料，通过二者结合最终制成高分子材料。依照导电填料的种类进行划分，可以分为以下两种：

其一是碳系填充型，由炭黑、石墨、碳纤维等材料组合而成，其中炭黑具有密度小、价格低的优势，在导电材料制备中较为常用，然而由于其外观呈现为黑色，一定程度上降低了产品的美观度；石墨又因其内部含有较多的杂质，因此需要在使用前针对石墨进行一定的清洁处理，导致加工工艺较为复杂；而碳纤维材料凭借其高强度、高模量、良好的耐腐蚀性能等优势，具有更为广泛的应用价值。

其二是金属填充型，通常选用电绝缘性高分子材料作为基体，选用金属物质作为填充材料，如金属丝及粉末等，经过混炼与成型加工制备而成，具有良好的导電性能。通常情况下可以选用金、银、铜、铝等金属作为填充材料，其中金、银类金属在电导率与热稳定性方面具有较强的性能优势，然而成本较高、密度较大是其存在的突出问题；而铜、铝等材料具有价格低、导电性强、稳定性好的优势，但极易与空气接触发生氧化反应，导电性能并不稳定，因此常被应用于电磁屏蔽与印刷线路引线等材料的制作中[2]。

2复合型导电高分子材料的具体应用

2.1应用于导电塑料制造

复合型导电高分子材料凭借组成方式和制备工艺的差别，与结构型导电高分子材料形成了明显的区分，然而在材料的实际应用中，结构型导电高分子材料的应用数量仅占据10%，复合型导电高分子材料凭借其性能优势掌握了更高的实用价值。具体来说，通常将热固性或热塑性聚合物作为高分子基体，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙等，在其中加入导电性物质或改性添加剂，最终便制成了复合型导电塑料，现普遍被应用于电磁屏蔽、抗静电等材料的制作中。以双级板制作为例，可以选用聚乙烯作为高分子基体，导电填料可以选用炭黑、石墨等，利用碳布进行加固，最终便可以制成钒电池三明治型导电塑料基复合双级板，在电流、电压及能量效率等方面都得到了显著的上升，具有较强的实用价值。

2.2应用于导电涂料制造

我国早在1950年代便着手研发导电涂料，经历半个多世纪的科学技术发展，如今导电涂料在电子工业、航空航天、化工领域与印刷行业都得到了普遍的应用，凭借其良好的导电性能与排除积累静电荷的作用横跨军用工业领域与民用工业领域，具有极为广泛的实用价值。以丁苯橡胶/聚苯胺复合涂料的制造为例，可以选用硫酸铜溶液作为电解质，在恒电位的情况下使其发生电化学聚合反应，最终合成丁苯橡胶/聚苯胺复合涂层，在此基础上将其放置在3.5%氯化钠与0.5mol/L盐酸中，借助塔菲尔曲线、开路电位测量法以及EIS针对该涂层的耐腐蚀性能进行对比研究，最终结果表明该涂层具有较强的耐腐蚀性，相应也具有较强的应用价值。

2.3应用于导电橡胶制造

相较于普通橡胶而言，复合导电橡胶主要添加了导电填料，选用天然橡胶、硅橡胶等作为基体，不仅使得橡胶的柔韧性能得到显著提高，简化了加工工艺与流程，还具有良好的导电性、导热性，被广泛应用于抗静电材料、传感等领域的制作中。需要注意的是，导电填料的填充浓度及网络结构、聚合物类型、粘度等都会对其导电性能产生较为直接的影响，因此应当着重从这些层面入手进行把控[3]。

2.4在隐形技术中应用

复合型导电高分子材料在隐形技术中也具有较强的应用价值，一般选择将其与纳米微粒材料结合，将其填充到橡胶或树脂基质中。鉴于纳米微粒材料的体积与尺寸远小于雷达发射电磁波的波长，因此相对来说能够有效提高电磁波透过率、降低电磁波反射率，有效使反射信号减弱，起到良好的隐形效果。同时，相较于普通材料而言，纳米微粒材料可以有效提高红外光波与电磁波的吸收率，进一步降低了雷达与探测器的信号探测功效，从而更好的达到隐形的效果。

结论：

总而言之，复合型导电高分子材料在质量、耐用性、导电性能等方面都具有显著的优势，且制造成本较低、对于加工流程并无过高要求，在现如今的规模化、批量化生产中具有较强的适用价值。伴随科学技术的持续深入发展，电子制造行业、能源产业、信息行业等都会相应提高对于复合型导电高分子材料的需求量，这种新型材料也必将在市场研发与应用中收获良好的发展前景。

参考文献：

[1]杨逢时，张琼，李国斌，等.复合型导电高分子材料的研究进展[J].化工新型材料，2013，41，（12）：1-3.

[2]陈东红，虞鑫海，徐永芬.导电高分子材料的研究进展[J].化学与黏合，2012，34，（06）：61-64+76.

[3]霍小平.复合导电高分子材料的改性及应用研究进展[J].中国胶黏剂，2016，（6）：57-61.