導(dǎo)電膠黏劑的成分組成與導(dǎo)電機(jī)理
2022/3/26 18:49:57??????點(diǎn)擊：
導(dǎo)電膠是一種集粘結(jié)性、導(dǎo)電性為一體的，固化或干燥后具有一定導(dǎo)電性能的膠粘劑。
隨著電子元器件向小型化、微型化、集成化的方向迅速發(fā)展，導(dǎo)電膠的發(fā)展也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。
1 導(dǎo)電膠的組成與分類(lèi)
目前市場(chǎng)上使用的導(dǎo)電膠大都是填料型導(dǎo)電膠，主要由樹(shù)脂基體和導(dǎo)電填料組成。
填料型導(dǎo)電膠的樹(shù)脂基體通常使用熱固性膠黏劑如環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚氨酯、丙烯酸樹(shù)脂等膠黏劑體系。這些膠黏劑在固化后形成導(dǎo)電膠的分子骨架結(jié)構(gòu)，為導(dǎo)電膠提供力學(xué)性能和粘接性能，并使填料粒子形成導(dǎo)電通道。
導(dǎo)電膠常用的導(dǎo)電填料有金粉、銀粉、銅粉、鎳粉、羰基鎳鈀粉、鉬粉、鋯粉、鈷粉；還有鍍銀金屬粉、鍍銀無(wú)機(jī)填料粉等鍍銀填料；無(wú)機(jī)填料常用的有石墨、炭黑、石墨烯、納米石墨微片或石墨炭黑混合物；混合填料就是金屬與無(wú)機(jī)填料或片狀金屬與粒狀金屬的混合物。填料需要具有良好的導(dǎo)電性能，并且粒徑要在合適的范圍內(nèi)，能夠添加到導(dǎo)電膠基體中形成導(dǎo)電通路。
按照導(dǎo)電填料的不同，導(dǎo)電膠可分為金系導(dǎo)電膠、銀系導(dǎo)電膠、銅系導(dǎo)電膠和碳系導(dǎo)電膠。
由于原材料金價(jià)格昂貴，金系導(dǎo)電膠僅少量使用于軍工、航天等領(lǐng)域的高端精密電子設(shè)備。
銀系導(dǎo)電膠是目前應(yīng)用較為廣泛的產(chǎn)品，通常具有導(dǎo)電性能良好、可操作溫度低的特點(diǎn)，但其電阻率受銀粒子的形狀、尺寸及填充量影響較大，同時(shí)銀遷移現(xiàn)象可能導(dǎo)致導(dǎo)電膠的電阻不穩(wěn)定。
銅系導(dǎo)電膠由于銅及其合金的價(jià)格相對(duì)低廉成為研究熱點(diǎn)，但銅比銀要容易被氧化，從而導(dǎo)電性能大大降低，持續(xù)高導(dǎo)電性能的獲得是其研究難點(diǎn)。
碳系導(dǎo)電膠通常以碳納米管-銀為填料，填充碳納米管的導(dǎo)電膠比傳統(tǒng)的導(dǎo)電銀膠通常具有更好更穩(wěn)定的機(jī)械和導(dǎo)電性能。
2 導(dǎo)電膠的導(dǎo)電機(jī)理
理解導(dǎo)電膠的導(dǎo)電機(jī)理有助于導(dǎo)電膠的研究與開(kāi)發(fā)，目前比較典型的填充型導(dǎo)電膠導(dǎo)電機(jī)理主要有滲流理論、隧道導(dǎo)電理論和場(chǎng)致發(fā)射理論三種。
滲流理論學(xué)說(shuō)認(rèn)為導(dǎo)電填料間的相互接觸形成導(dǎo)電通路，使導(dǎo)電膠具有導(dǎo)電功能。導(dǎo)電膠在固化之前，導(dǎo)電填料處于獨(dú)立狀態(tài)，不相互接觸，因此不導(dǎo)電；導(dǎo)電粘合劑在干燥固化后，溶劑的揮發(fā)以及基體的交聯(lián)，導(dǎo)電膠的體積收縮，從而使導(dǎo)電填料相互間形成穩(wěn)定連續(xù)接觸而呈現(xiàn)導(dǎo)電性，如圖2所示。
隨著導(dǎo)電填料含量的增加，導(dǎo)電膠體積電阻率的變化并非一直是線性增加的，當(dāng)導(dǎo)電填料的填充量達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，導(dǎo)電粒子間相互接觸足夠形成穩(wěn)定地導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電膠的電阻率將發(fā)生突變由半導(dǎo)體變?yōu)閷?dǎo)體（如下圖所示），這個(gè)電阻率發(fā)生突變的臨界值稱(chēng)為“滲流閾值”。
“隧道效應(yīng)”學(xué)說(shuō)認(rèn)為聚合物基復(fù)合材料中的一部分導(dǎo)電填料相互接觸形成鏈狀的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，另一部分導(dǎo)電填料則以孤立粒子或小團(tuán)體的形式分布在聚合物基中。當(dāng)孤立粒子或小團(tuán)體的距離很近時(shí)（聚合物薄層很薄，通常為10 nm 左右），由于熱振動(dòng)引起的電子在導(dǎo)電填料粒子間躍遷，這種遷移形成電子通道，從而產(chǎn)生導(dǎo)電現(xiàn)象。
量子力學(xué)認(rèn)為，微觀粒子總有穿過(guò)勢(shì)壘的可能，當(dāng)隔離層的厚度小到一定值時(shí)，電子就能通過(guò)熱振動(dòng)越過(guò)勢(shì)壘，使隔離層變?yōu)閷?dǎo)電層。
“場(chǎng)致發(fā)射”理論是一種比較特殊的隧道導(dǎo)電機(jī)理，認(rèn)為導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電行為是導(dǎo)電粒子內(nèi)部電場(chǎng)發(fā)射的特殊情況。當(dāng)導(dǎo)電粒子間的距離小于10 nm時(shí)，它們之間強(qiáng)大的電場(chǎng)可以誘使發(fā)射電場(chǎng)的產(chǎn)生，穿過(guò)絕緣物質(zhì)，從而產(chǎn)生電流。
隨著電子元器件向小型化、微型化、集成化的方向迅速發(fā)展，導(dǎo)電膠的發(fā)展也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。
1 導(dǎo)電膠的組成與分類(lèi)
目前市場(chǎng)上使用的導(dǎo)電膠大都是填料型導(dǎo)電膠，主要由樹(shù)脂基體和導(dǎo)電填料組成。
填料型導(dǎo)電膠的樹(shù)脂基體通常使用熱固性膠黏劑如環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚氨酯、丙烯酸樹(shù)脂等膠黏劑體系。這些膠黏劑在固化后形成導(dǎo)電膠的分子骨架結(jié)構(gòu)，為導(dǎo)電膠提供力學(xué)性能和粘接性能，并使填料粒子形成導(dǎo)電通道。
導(dǎo)電膠常用的導(dǎo)電填料有金粉、銀粉、銅粉、鎳粉、羰基鎳鈀粉、鉬粉、鋯粉、鈷粉；還有鍍銀金屬粉、鍍銀無(wú)機(jī)填料粉等鍍銀填料；無(wú)機(jī)填料常用的有石墨、炭黑、石墨烯、納米石墨微片或石墨炭黑混合物；混合填料就是金屬與無(wú)機(jī)填料或片狀金屬與粒狀金屬的混合物。填料需要具有良好的導(dǎo)電性能，并且粒徑要在合適的范圍內(nèi)，能夠添加到導(dǎo)電膠基體中形成導(dǎo)電通路。
按照導(dǎo)電填料的不同，導(dǎo)電膠可分為金系導(dǎo)電膠、銀系導(dǎo)電膠、銅系導(dǎo)電膠和碳系導(dǎo)電膠。
由于原材料金價(jià)格昂貴，金系導(dǎo)電膠僅少量使用于軍工、航天等領(lǐng)域的高端精密電子設(shè)備。
銀系導(dǎo)電膠是目前應(yīng)用較為廣泛的產(chǎn)品，通常具有導(dǎo)電性能良好、可操作溫度低的特點(diǎn)，但其電阻率受銀粒子的形狀、尺寸及填充量影響較大，同時(shí)銀遷移現(xiàn)象可能導(dǎo)致導(dǎo)電膠的電阻不穩(wěn)定。
銅系導(dǎo)電膠由于銅及其合金的價(jià)格相對(duì)低廉成為研究熱點(diǎn)，但銅比銀要容易被氧化，從而導(dǎo)電性能大大降低，持續(xù)高導(dǎo)電性能的獲得是其研究難點(diǎn)。
碳系導(dǎo)電膠通常以碳納米管-銀為填料，填充碳納米管的導(dǎo)電膠比傳統(tǒng)的導(dǎo)電銀膠通常具有更好更穩(wěn)定的機(jī)械和導(dǎo)電性能。
2 導(dǎo)電膠的導(dǎo)電機(jī)理
理解導(dǎo)電膠的導(dǎo)電機(jī)理有助于導(dǎo)電膠的研究與開(kāi)發(fā)，目前比較典型的填充型導(dǎo)電膠導(dǎo)電機(jī)理主要有滲流理論、隧道導(dǎo)電理論和場(chǎng)致發(fā)射理論三種。
滲流理論學(xué)說(shuō)認(rèn)為導(dǎo)電填料間的相互接觸形成導(dǎo)電通路，使導(dǎo)電膠具有導(dǎo)電功能。導(dǎo)電膠在固化之前，導(dǎo)電填料處于獨(dú)立狀態(tài)，不相互接觸，因此不導(dǎo)電；導(dǎo)電粘合劑在干燥固化后，溶劑的揮發(fā)以及基體的交聯(lián)，導(dǎo)電膠的體積收縮，從而使導(dǎo)電填料相互間形成穩(wěn)定連續(xù)接觸而呈現(xiàn)導(dǎo)電性，如圖2所示。
隨著導(dǎo)電填料含量的增加，導(dǎo)電膠體積電阻率的變化并非一直是線性增加的，當(dāng)導(dǎo)電填料的填充量達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，導(dǎo)電粒子間相互接觸足夠形成穩(wěn)定地導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電膠的電阻率將發(fā)生突變由半導(dǎo)體變?yōu)閷?dǎo)體（如下圖所示），這個(gè)電阻率發(fā)生突變的臨界值稱(chēng)為“滲流閾值”。
“隧道效應(yīng)”學(xué)說(shuō)認(rèn)為聚合物基復(fù)合材料中的一部分導(dǎo)電填料相互接觸形成鏈狀的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，另一部分導(dǎo)電填料則以孤立粒子或小團(tuán)體的形式分布在聚合物基中。當(dāng)孤立粒子或小團(tuán)體的距離很近時(shí)（聚合物薄層很薄，通常為10 nm 左右），由于熱振動(dòng)引起的電子在導(dǎo)電填料粒子間躍遷，這種遷移形成電子通道，從而產(chǎn)生導(dǎo)電現(xiàn)象。
量子力學(xué)認(rèn)為，微觀粒子總有穿過(guò)勢(shì)壘的可能，當(dāng)隔離層的厚度小到一定值時(shí)，電子就能通過(guò)熱振動(dòng)越過(guò)勢(shì)壘，使隔離層變?yōu)閷?dǎo)電層。
“場(chǎng)致發(fā)射”理論是一種比較特殊的隧道導(dǎo)電機(jī)理，認(rèn)為導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電行為是導(dǎo)電粒子內(nèi)部電場(chǎng)發(fā)射的特殊情況。當(dāng)導(dǎo)電粒子間的距離小于10 nm時(shí)，它們之間強(qiáng)大的電場(chǎng)可以誘使發(fā)射電場(chǎng)的產(chǎn)生，穿過(guò)絕緣物質(zhì)，從而產(chǎn)生電流。
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