導電塑料（用于集成電路包裝的高分子材料）

簡(jiǎn)介

導電塑料絕大多數是本來(lái)是絕緣的材料里摻加高濃度的絲狀炭黑和完全焦化的化合物制得的。用體積電阻率和表面電阻率同樣足以描述它們的電性能。這種依仗炭絲網(wǎng)絡(luò )結構的電性能取決于制備它們的方法，也隨機械彎曲和接觸莊力的改變而變化。

導電塑料綜合了金屬的導電性（即在材料兩端加上一定電壓，在材料中有電流通過(guò)）和塑料的各種特性（即材料分子是由許多小的、重復出現的結構單元組成的）。要想賦予聚合物以導電性，在聚合物主鏈中就必須引入π共軛體系，構成π電子系重疊的高分子，而且高分子的有規結構也是不可缺少的，而摻雜劑即可勝此任。因此，塑料材料具有導電性的第一個(gè)條件是它必須具有共軛的π電子體系，第二個(gè)條件是它必須經(jīng)過(guò)化學(xué)或電化學(xué)摻雜，即通過(guò)氧化還原過(guò)程使聚合物鏈得到或失去電子。研究進(jìn)展表明，人們能夠生產(chǎn)出導電性超過(guò)銅的塑料，以及在室溫下導電性超過(guò)其他任何材料的塑料。

導電塑料

來(lái)源

我們通常認為塑料導電性極差，因此被用來(lái)制作導線(xiàn)的絕緣外套。但澳大利亞的研究人員發(fā)現，當將一層極薄的金屬膜覆蓋至一層塑料層之上，并借助離子束將其混入高分子聚合體表面，將可以生成一種價(jià)格低、強度高、韌性好且可導電的塑料膜。

取得這一成果的小組由兩位來(lái)自澳大利亞昆士蘭大學(xué)的專(zhuān)家領(lǐng)導，分別是保羅·麥里迪斯（Paul Meredith）教授和助理教授本·鮑威爾（Ben Powell），以及一位來(lái)自新南威爾士大學(xué)的專(zhuān)家亞當·米考林（Adam Micolich）教授。他們的這一成果已經(jīng)發(fā)表于《ChemPhysChem》雜志。該項研究所依據的實(shí)驗由前昆士蘭大學(xué)博士生安德魯·斯蒂芬森（Andrew Stephenson）進(jìn)行。離子束技術(shù)在微電子工業(yè)領(lǐng)域被廣泛運用來(lái)測試半導體，如硅片的導電性能。但將這種技術(shù)應用到塑料膜材料的嘗試是從上世紀80年代才開(kāi)始起步的，一直進(jìn)展不大。麥里迪斯教授介紹說(shuō)：“這個(gè)小組所作的工作，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是借助離子束技術(shù)改變塑料膜材料的性質(zhì)，使其具備類(lèi)似金屬的功能，能夠向導線(xiàn)本身那樣導電，甚至可以變成超導體，當溫度低到一定程度時(shí)電阻變?yōu)榱恪！?/p>

為了顯示這種材料的潛在應用價(jià)值，小組采用這種材料，參照工業(yè)標準制作了電阻溫度計。在和同類(lèi)型的鉑電阻溫度計進(jìn)行對比測試時(shí)，新材料制作的產(chǎn)品顯示了類(lèi)似，甚至更優(yōu)越的性能。“這種材料的有趣之處在于我們幾乎保留了高分子聚合物的全部?jì)?yōu)勢——機械柔韌性、高強度，低成本，但與此同時(shí)它卻又具有良好的導電性，而這通常可不是塑料應該具有的特性。”米考林教授說(shuō)。“這種材料開(kāi)創(chuàng )了一個(gè)塑料導體的新天地。”

而安德魯·斯蒂芬森則認為這項技術(shù)最令人興奮之處在于這種薄膜的導電性可以進(jìn)行精確的調整或設定，這將具有非常廣闊的應用前景。他說(shuō)：“事實(shí)上，我們可以將這種材料的導電性更改10個(gè)數量級，簡(jiǎn)單的說(shuō)，這就像是我們在制作這種材料時(shí)，手里擁有100億種選擇。理論上說(shuō)，我們可以制造出完全不導電的塑料，或者導電性和金屬一樣好的塑料，以及介于兩者之間的全部可能性。”

這種新材料可以利用的微電子工業(yè)常用的設備輕易地制造出來(lái)，并其相比傳統的高分子半導體材料，這種新材料對暴露在氧氣中的抗氧化能力也要高得多。研究人員表示，綜合以上這些優(yōu)勢，這種借助離子束處理高分子聚合物得到的薄膜材料將具有廣闊的應用前景，它是現代和未來(lái)技術(shù)的融合。

分類(lèi)

導電塑料通常分為兩大類(lèi)。

結構型導電塑料

是指塑料本身具有“固有”的導電性，由聚合物結構提供導電載流子（電子、離子或空穴）。這類(lèi)塑料經(jīng)過(guò)摻雜后，電導率可大幅度提高，其中有些甚至可達到金屬的導電水平。摻雜的方法有化學(xué)摻雜和物理?yè)诫s二大類(lèi)，摻雜劑有電子受體、電子給體和電化學(xué)摻雜劑等。摻雜型聚乙炔是個(gè)典型例子，在添加碘或五氟化砷等電子受體后，電導率可增至10Ω·cm。

結構型導電塑料可用于制作大功率塑料蓄電池、高能量密度電容器、微波吸收材料等。

復合型導電塑料

在復合型導電塑料中，塑料本身并不具備導電性，只充當了粘合劑的角色。導電性是通過(guò)混合在其中的導電性的物質(zhì)如炭黑、金屬粉末等獲得的。這些導電性物質(zhì)稱(chēng)為導電填料，以銀粉和炭黑使用最多，它們在復合型導電塑料中起著(zhù)提供載流子的作用。

復合型導電塑料制備方便，有較強的實(shí)用性，常應用于開(kāi)關(guān)、壓敏元件、連接器、抗靜電材料、電磁屏蔽材料、電阻器及太陽(yáng)能電池等。

用途

導電塑料不僅在抗靜電添加劑、計算機抗電磁屏幕和智能窗等方面的應用已快速的發(fā)展，而且在發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、移動(dòng)電話(huà)、微型電視屏幕乃至生命科學(xué)研究等領(lǐng)域也有廣泛的應用前景。此外，導電塑料和納米技術(shù)的結合，還將對分子電子學(xué)的迅速發(fā)展起到推動(dòng)作用。將來(lái)，人類(lèi)不僅可以大大提高計算機的運算速度，而且還能縮小計算機的體積。因此，有人預言，未來(lái)的筆記本電腦可以裝進(jìn)手表中。

隨著(zhù)電子電器、集成電路和大規模集成電路的迅速發(fā)展，包括微型化和高速化，其使用的電流大多是微弱電流，致使控制訊號功率與外部侵入電磁波噪音的功率接近，因此易產(chǎn)生誤動(dòng)作、圖像障礙和音響障礙，妨礙警察通訊、防衛通訊和航空通訊，造成衛星總裝調試障礙等等，對此必須采用屏蔽措施。導電塑料是理想的屏蔽材料，可作為電子器件設備的外殼來(lái)實(shí)現屏蔽。它與傳統導電材料相比，更輕巧，易成型加工，耐腐蝕，電阻容易調節而總成本又較低，因此需要用導電塑料實(shí)現屏蔽。

許多導電材料或高導材料應用的場(chǎng)合如制作電極，低溫發(fā)熱體等等，以采用導電塑料最合適。

新型號

南朝鮮科學(xué)技術(shù)院最近將多吡咯進(jìn)行化學(xué)聚合后得到導電塑料。這是一種能源貯存體，可應用于充電的高分子蓄電池；也可根據其在薄膜狀態(tài)下反復產(chǎn)生的氧化還原作用，用于制造變色開(kāi)關(guān)也可以被覆在使用太陽(yáng)能電池的半導體電極表面，用以提高性能還可用于電路設計，或代替已有的蓄電池以及用于傳真照片。