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導(dǎo)電橡膠的機(jī)理與應(yīng)用
導(dǎo)電橡膠的機(jī)理與應(yīng)用
導(dǎo)電橡膠屬于復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的一種。復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是指高分子材料本身不具有導(dǎo)電性，但在加工成型時(shí)通過(guò)加入導(dǎo)電填料，如炭黑、金屬粉末箔等，利用 分散復(fù)合、層基復(fù)合、表面復(fù)合等方法，使制品具有導(dǎo)電性。其中，分散復(fù)合最為常用。
導(dǎo)電橡膠屬于復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的一種。復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是指高分子材料本身不具有導(dǎo)電性，但在加工成型時(shí)通過(guò)加入導(dǎo)電填料，如炭黑、金屬粉末箔等，利用 分散復(fù)合、層基復(fù)合、表面復(fù)合等方法，使制品具有導(dǎo)電性。其中，分散復(fù)合最為常用。
導(dǎo)電橡膠的工作機(jī)理
一般橡膠均為良好的電絕緣體。復(fù)合型導(dǎo)電橡膠的導(dǎo)電機(jī)理有兩種理論，即鏈鎖式導(dǎo)電通路和隧道效應(yīng)。鏈鎖式導(dǎo)電通路的機(jī)理認(rèn)為，填料粒子必須在零點(diǎn)幾納米以內(nèi)的距 離靠近，這樣就可產(chǎn)生壓差，使填料粒子的π電子依靠鏈鎖傳遞移動(dòng)實(shí)現(xiàn)電流通過(guò)。橡膠中填料粒子的分散狀態(tài)形成鏈鎖必須有一定的填料用量，才能出現(xiàn)強(qiáng)的導(dǎo)電現(xiàn)象， 因而支配橡膠導(dǎo)電性的最主要因素是填料的用量，這是最經(jīng)典的一種解釋。鏈鎖式導(dǎo)電通路是建立在填料必須形成鏈鎖的前提下的。但是，用電子顯微鏡觀察拉伸狀態(tài)的橡 膠并不存在炭黑鏈鎖，卻仍有導(dǎo)電現(xiàn)象，這就是隧道效應(yīng)。當(dāng)導(dǎo)電顆粒間不互相接觸時(shí)，顆粒間存在聚合物隔離層，使導(dǎo)電顆粒中自由電子的定向運(yùn)動(dòng)受到阻礙。這種阻礙 可視為具有一定勢(shì)能的勢(shì)壘。對(duì)一種微觀粒子來(lái)說(shuō)，其能量小于勢(shì)壘的能量時(shí)，它有被反彈的可能性，也有穿過(guò)勢(shì)壘的可能性。微觀粒子穿過(guò)勢(shì)壘的現(xiàn)象稱為貫穿效應(yīng)，也 稱為隧道效應(yīng)。電子作為一種微觀粒子，具有穿過(guò)導(dǎo)電顆粒之間隔離層阻礙的可能性。這種可能性的大小與隔離層的厚度以及隔離層勢(shì)壘的能量與電子能量之差值有關(guān)。厚 度與該差值越小，電子穿過(guò)隔離層的可能性就越大。當(dāng)隔離層的厚度小到一定值時(shí)，電子就能很容易地穿過(guò)，使導(dǎo)電顆粒間的絕緣層變?yōu)閷?dǎo)電層。這種由隧道效應(yīng)產(chǎn)生的導(dǎo) 電層可以用一個(gè)電阻和一個(gè)電容并聯(lián)來(lái)等效。即：導(dǎo)電性是由填料粒子的隧道決定的。同時(shí)并有試驗(yàn)證明，隨著填料粒子間距的增大，體積電阻亦隨之升高。此外，還有電 場(chǎng)放射導(dǎo)電機(jī)理，這是因?yàn)樵谘芯刻盍咸畛涞母叻肿硬牧系碾妷?、電流特性時(shí)，發(fā)現(xiàn)其結(jié)果不符合歐姆定律。認(rèn)為之所以如此，是由于填料粒子間產(chǎn)生高壓的電場(chǎng)強(qiáng)度而產(chǎn) 生電流導(dǎo)致電場(chǎng)放射。綜上所述，無(wú)論從哪種導(dǎo)電機(jī)理來(lái)理解，都認(rèn)為填料的種類和配合量是支配材料最終所表現(xiàn)出的導(dǎo)電性的主要因素。
一般橡膠均為良好的電絕緣體。復(fù)合型導(dǎo)電橡膠的導(dǎo)電機(jī)理有兩種理論，即鏈鎖式導(dǎo)電通路和隧道效應(yīng)。鏈鎖式導(dǎo)電通路的機(jī)理認(rèn)為，填料粒子必須在零點(diǎn)幾納米以內(nèi)的距 離靠近，這樣就可產(chǎn)生壓差，使填料粒子的π電子依靠鏈鎖傳遞移動(dòng)實(shí)現(xiàn)電流通過(guò)。橡膠中填料粒子的分散狀態(tài)形成鏈鎖必須有一定的填料用量，才能出現(xiàn)強(qiáng)的導(dǎo)電現(xiàn)象， 因而支配橡膠導(dǎo)電性的最主要因素是填料的用量，這是最經(jīng)典的一種解釋。鏈鎖式導(dǎo)電通路是建立在填料必須形成鏈鎖的前提下的。但是，用電子顯微鏡觀察拉伸狀態(tài)的橡 膠并不存在炭黑鏈鎖，卻仍有導(dǎo)電現(xiàn)象，這就是隧道效應(yīng)。當(dāng)導(dǎo)電顆粒間不互相接觸時(shí)，顆粒間存在聚合物隔離層，使導(dǎo)電顆粒中自由電子的定向運(yùn)動(dòng)受到阻礙。這種阻礙 可視為具有一定勢(shì)能的勢(shì)壘。對(duì)一種微觀粒子來(lái)說(shuō)，其能量小于勢(shì)壘的能量時(shí)，它有被反彈的可能性，也有穿過(guò)勢(shì)壘的可能性。微觀粒子穿過(guò)勢(shì)壘的現(xiàn)象稱為貫穿效應(yīng)，也 稱為隧道效應(yīng)。電子作為一種微觀粒子，具有穿過(guò)導(dǎo)電顆粒之間隔離層阻礙的可能性。這種可能性的大小與隔離層的厚度以及隔離層勢(shì)壘的能量與電子能量之差值有關(guān)。厚 度與該差值越小，電子穿過(guò)隔離層的可能性就越大。當(dāng)隔離層的厚度小到一定值時(shí)，電子就能很容易地穿過(guò)，使導(dǎo)電顆粒間的絕緣層變?yōu)閷?dǎo)電層。這種由隧道效應(yīng)產(chǎn)生的導(dǎo) 電層可以用一個(gè)電阻和一個(gè)電容并聯(lián)來(lái)等效。即：導(dǎo)電性是由填料粒子的隧道決定的。同時(shí)并有試驗(yàn)證明，隨著填料粒子間距的增大，體積電阻亦隨之升高。此外，還有電 場(chǎng)放射導(dǎo)電機(jī)理，這是因?yàn)樵谘芯刻盍咸畛涞母叻肿硬牧系碾妷?、電流特性時(shí)，發(fā)現(xiàn)其結(jié)果不符合歐姆定律。認(rèn)為之所以如此，是由于填料粒子間產(chǎn)生高壓的電場(chǎng)強(qiáng)度而產(chǎn) 生電流導(dǎo)致電場(chǎng)放射。綜上所述，無(wú)論從哪種導(dǎo)電機(jī)理來(lái)理解，都認(rèn)為填料的種類和配合量是支配材料最終所表現(xiàn)出的導(dǎo)電性的主要因素。