导电塑料（用于集成电路包装的高分子材料）

简介

导电塑料绝大多数是本来是绝缘的材料里掺加高浓度的丝状炭黑和完全焦化的化合物制得的。用体积电阻率和表面电阻率同样足以描述它们的电性能。这种依仗炭丝网络结构的电性能取决于制备它们的方法，也随机械弯曲和接触庄力的改变而变化。

导电塑料综合了金属的导电性（即在材料两端加上一定电压，在材料中有电流通过）和塑料的各种特性（即材料分子是由许多小的、重复出现的结构单元组成的）。要想赋予聚合物以导电性，在聚合物主链中就必须引入π共轭体系，构成π电子系重叠的高分子，而且高分子的有规结构也是不可缺少的，而掺杂剂即可胜此任。因此，塑料材料具有导电性的第一个条件是它必须具有共轭的π电子体系，第二个条件是它必须经过化学或电化学掺杂，即通过氧化还原过程使聚合物链得到或失去电子。研究进展表明，人们能够生产出导电性超过铜的塑料，以及在室温下导电性超过其他任何材料的塑料。

导电塑料

来源

我们通常认为塑料导电性极差，因此被用来制作导线的绝缘外套。但澳大利亚的研究人员发现，当将一层极薄的金属膜覆盖至一层塑料层之上，并借助离子束将其混入高分子聚合体表面，将可以生成一种价格低、强度高、韧性好且可导电的塑料膜。

取得这一成果的小组由两位来自澳大利亚昆士兰大学的专家领导，分别是保罗·麦里迪斯（Paul Meredith）教授和助理教授本·鲍威尔（Ben Powell），以及一位来自新南威尔士大学的专家亚当·米考林（Adam Micolich）教授。他们的这一成果已经发表于《ChemPhysChem》杂志。该项研究所依据的实验由前昆士兰大学博士生安德鲁·斯蒂芬森（Andrew Stephenson）进行。离子束技术在微电子工业领域被广泛运用来测试半导体，如硅片的导电性能。但将这种技术应用到塑料膜材料的尝试是从上世纪80年代才开始起步的，一直进展不大。麦里迪斯教授介绍说：“这个小组所作的工作，简单来说就是借助离子束技术改变塑料膜材料的性质，使其具备类似金属的功能，能够向导线本身那样导电，甚至可以变成超导体，当温度低到一定程度时电阻变为零。”

为了显示这种材料的潜在应用价值，小组采用这种材料，参照工业标准制作了电阻温度计。在和同类型的铂电阻温度计进行对比测试时，新材料制作的产品显示了类似，甚至更优越的性能。“这种材料的有趣之处在于我们几乎保留了高分子聚合物的全部优势——机械柔韧性、高强度，低成本，但与此同时它却又具有良好的导电性，而这通常可不是塑料应该具有的特性。”米考林教授说。“这种材料开创了一个塑料导体的新天地。”

而安德鲁·斯蒂芬森则认为这项技术最令人兴奋之处在于这种薄膜的导电性可以进行精确的调整或设定，这将具有非常广阔的应用前景。他说：“事实上，我们可以将这种材料的导电性更改10个数量级，简单的说，这就像是我们在制作这种材料时，手里拥有100亿种选择。理论上说，我们可以制造出完全不导电的塑料，或者导电性和金属一样好的塑料，以及介于两者之间的全部可能性。”

这种新材料可以利用的微电子工业常用的设备轻易地制造出来，并其相比传统的高分子半导体材料，这种新材料对暴露在氧气中的抗氧化能力也要高得多。研究人员表示，综合以上这些优势，这种借助离子束处理高分子聚合物得到的薄膜材料将具有广阔的应用前景，它是现代和未来技术的融合。

分类

导电塑料通常分为两大类。

结构型导电塑料

是指塑料本身具有“固有”的导电性，由聚合物结构提供导电载流子（电子、离子或空穴）。这类塑料经过掺杂后，电导率可大幅度提高，其中有些甚至可达到金属的导电水平。掺杂的方法有化学掺杂和物理掺杂二大类，掺杂剂有电子受体、电子给体和电化学掺杂剂等。掺杂型聚乙炔是个典型例子，在添加碘或五氟化砷等电子受体后，电导率可增至10Ω·cm。

结构型导电塑料可用于制作大功率塑料蓄电池、高能量密度电容器、微波吸收材料等。

复合型导电塑料

在复合型导电塑料中，塑料本身并不具备导电性，只充当了粘合剂的角色。导电性是通过混合在其中的导电性的物质如炭黑、金属粉末等获得的。这些导电性物质称为导电填料，以银粉和炭黑使用最多，它们在复合型导电塑料中起着提供载流子的作用。

复合型导电塑料制备方便，有较强的实用性，常应用于开关、压敏元件、连接器、抗静电材料、电磁屏蔽材料、电阻器及太阳能电池等。

用途

导电塑料不仅在抗静电添加剂、计算机抗电磁屏幕和智能窗等方面的应用已快速的发展，而且在发光二极管、太阳能电池、移动电话、微型电视屏幕乃至生命科学研究等领域也有广泛的应用前景。此外，导电塑料和纳米技术的结合，还将对分子电子学的迅速发展起到推动作用。将来，人类不仅可以大大提高计算机的运算速度，而且还能缩小计算机的体积。因此，有人预言，未来的笔记本电脑可以装进手表中。

随着电子电器、集成电路和大规模集成电路的迅速发展，包括微型化和高速化，其使用的电流大多是微弱电流，致使控制讯号功率与外部侵入电磁波噪音的功率接近，因此易产生误动作、图像障碍和音响障碍，妨碍警察通讯、防卫通讯和航空通讯，造成卫星总装调试障碍等等，对此必须采用屏蔽措施。导电塑料是理想的屏蔽材料，可作为电子器件设备的外壳来实现屏蔽。它与传统导电材料相比，更轻巧，易成型加工，耐腐蚀，电阻容易调节而总成本又较低，因此需要用导电塑料实现屏蔽。

许多导电材料或高导材料应用的场合如制作电极，低温发热体等等，以采用导电塑料最合适。

新型号

南朝鲜科学技术院最近将多吡咯进行化学聚合后得到导电塑料。这是一种能源贮存体，可应用于充电的高分子蓄电池；也可根据其在薄膜状态下反复产生的氧化还原作用，用于制造变色开关也可以被覆在使用太阳能电池的半导体电极表面，用以提高性能还可用于电路设计，或代替已有的蓄电池以及用于传真照片。