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導電橡膠機理

2021-07-08 11:04:54

目前,導電橡膠制品作為功能性橡膠制品發展很快,應用范圍日趨廣泛。本文主要介紹橡膠的導電機理、影響橡膠導電性能的因素以及導電橡膠的品種和應用。


導電機理

導電橡膠屬于復合型導電高分子材料,其導電機理主要有宏觀滲流理論(導電通路機理)、微觀量子力學隧道效應和微觀量子力學場致發射效應。

(1)導電通路機理當橡膠中導電填料用量增大到某一臨界值時,橡膠內部形成較完整的導電通路網絡,橡膠的電阻率會急劇下降。在電阻率與導電填料用量的關系中,存在一個狹窄的突變區域,在此區域內導電填料用量的任何微小變化都會導致橡膠電阻率顯著變化,這種現象稱為滲濾現象,導電填料的臨界用量通常稱為滲濾值。

(2)隧道效應當導電填料用量較小時,橡膠基體內部導電粒子間距較大,復合材料微觀結構中尚未形成導電通路網絡,此時仍可能存在導電現象,這種導電現象是由熱振動電子在導電粒子之間的遷移所致,導電電流是導電粒子間隙寬度的指數函數。隧道效應幾乎僅僅發生在距離很接近的導電粒子之間,間隙過大的導電粒子之間沒有電流傳導。

(3)場致發射效應

當導電填料用量較小、橡膠基體內部導電粒子間距較大時,若導電粒子內部電場很強,電子將有很大幾率飛躍聚合物界面勢壘,躍遷到相鄰導電粒子上,產生場致發射電流,形成導電網絡。

導電通路機理、隧道效應和場致發射效應在導電橡膠中同時存在,在不同條件下可能是以某一種或某兩種機理為主。當導電填料在臨界用量以上時,導電通路為主要傳導方式,即以導電通路機理為主;當導電填料用量較小或外加電壓較小時,孤立電子或其聚集體的間隙較大而無法參與導電,熱振動受激電子發生躍遷,形成較大隧道電流,此時以隧道效應為主;當填料用量較小、粒子間內部電場很強時,基體隔層相當于內部分布電容,此時場致發射效應更為顯著。


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