慧聰表面處理網(wǎng)訊：導(dǎo)電涂料是伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)而迅速發(fā)展起來(lái)的特種功能涂料，按導(dǎo)電機(jī)理不同可分為本征型和填充型兩類。本征型導(dǎo)電涂料是指聚合物本身或經(jīng)過摻雜而具有導(dǎo)電性，該類涂料的研究雖已取得重大進(jìn)展，但目前仍存在電荷載流子遷移率低且溶解性和加工性較差等問題。填充型導(dǎo)電涂料由成膜樹脂和導(dǎo)電填料均勻混合而成，其中聚合物本身不具有導(dǎo)電性，主要依靠填充的導(dǎo)電粒子提供自由載流子而具有導(dǎo)電性。填充型導(dǎo)電涂料的制備和使用簡(jiǎn)單易行，目前已在靜電耗散、電磁屏蔽、電子封裝等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

     常用的導(dǎo)電填料有金屬粉末和碳系粉末，其中金屬粉末作為填料制備的涂料具有較好的導(dǎo)電性能，但金屬密度大，在涂料中易沉降，且在服役期間容易氧化導(dǎo)致涂層導(dǎo)電性能下降甚至失去導(dǎo)電性能。相比金屬填料而言，碳系導(dǎo)電填料具有密度小、耐腐蝕和導(dǎo)電性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。炭黑和石墨是常用的碳系導(dǎo)電填料，近年來(lái)，碳納米管(CNTs)和石墨烯(GNS)作為新型導(dǎo)電填料的研究取得了令人矚目的成果。

     碳納米管和石墨烯分別于1991年和2004年被首次發(fā)現(xiàn)和報(bào)道，由于它們獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)及熱力學(xué)性能，立刻引起了研究者們的興趣，相關(guān)的應(yīng)用研究隨之廣泛深入地開展起來(lái)。CNTs和GNS都具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，在樹脂基體中摻入少量的CNTs或GNS即可發(fā)生明顯的滲流現(xiàn)象，這使得它們?cè)趯?dǎo)電涂料領(lǐng)域具有非常大的應(yīng)用潛力。

     碳納米管

     碳納米管是由單層或多層石墨片繞同一中心軸按一定的螺旋角度卷曲而成的無(wú)縫納米管狀結(jié)構(gòu)，兩端開放或被半球形富勒烯分子封住，每層管壁是由碳原子通過sp2雜化與周圍3個(gè)碳原子完全鍵合后所構(gòu)成的六邊形網(wǎng)絡(luò)平面所圍成的圓柱面，管壁之間的間距大約保持在0.34nm。根據(jù)管壁層數(shù)的不同CNTs可分為單壁碳納米管(SWNTs)和多壁碳納米管(MWNTs)。CNTs的電導(dǎo)率達(dá)106S/cm，是優(yōu)良的導(dǎo)電填料，馮拉俊等將MWNTs與聚氨酯混合后進(jìn)行靜電噴涂制備導(dǎo)電耐蝕涂層，當(dāng)MWNTs含量為0.5%時(shí)，涂層的電導(dǎo)率為9×10-6S/cm。鮑宜娟等用高速剪切攪拌分散工藝制備了MWNTs/苯丙乳液導(dǎo)電涂料，MWNTs的含量為2.5%時(shí)，涂層的表面電阻最小(1.42×107Ω)。彭懋等采用CNTs制備出超疏水導(dǎo)電涂層，涂層方阻為101～103Ω/sq，在低電壓下涂層即表現(xiàn)出良好的升溫特性，有望應(yīng)用于防覆冰領(lǐng)域。由于CNTs巨大的長(zhǎng)徑比(可高達(dá)1000以上)，與炭黑和石墨相比，分散在樹脂基體中的CNTs更容易搭接形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。將CNTs作為填料制備的導(dǎo)電涂料滲流閾值常低于5wt.%，在某些體系中甚至低于1wt.%，其中Sandler等制備的CNTs/環(huán)氧樹脂復(fù)合體系滲流閾值僅為0.0025wt.%，這是至今為止碳系填料取得的最低滲流閾值。受各種因素的影響，目前CNTs作為導(dǎo)電填料制備的涂層最高電導(dǎo)率一般在10-1S/cm。 

     通過噴涂、涂布棒刮涂或浸涂的方式將SWNTs分散液沉積在透明樹脂基材表面，固化后可制得高度透明的導(dǎo)電薄膜。Mirri等制備的導(dǎo)電薄膜透明度達(dá)90%，方塊電阻低至100Ω/sq。Jung等通過測(cè)試膠帶粘拉后的導(dǎo)電薄膜電阻變化來(lái)研究涂膜與基材的結(jié)合狀況，結(jié)果表明SWNTs分散液中添加水性聚甲基丙烯酸甲酯可有效提高涂膜的附著力。與MWNTs相比，SWNTs更適合制備透明導(dǎo)電涂層，因SWNTs電導(dǎo)率更高，且隨著壁厚的增加CNTs對(duì)可見光的吸收率增強(qiáng)。

     石墨烯

     石墨烯是碳原子以sp2雜化軌道組成的只具有1個(gè)原子層厚度的二維納米材料，GNS的共軛體系使其電子傳輸能力很強(qiáng)，在室溫下的載流子遷移率可達(dá)200000cm2/V•s。楊建鋒等采用溶液混合法使GNS較好地分散在聚乙烯基體中，該復(fù)合材料的滲流閾值為3.6wt.%，最高電導(dǎo)率約為10-4S/cm。巨浩波等制備的GNS/硅丙乳液復(fù)合體系滲流閾值為0.5wt.%，當(dāng)GNS的含量>0.9%時(shí)，涂層電導(dǎo)率基本穩(wěn)定在10-3S/cm以下。賴奇等將GNS與丙烯酸樹脂混合制備導(dǎo)電薄膜，研究結(jié)果表明，GNS的粒徑越小，涂膜的導(dǎo)電性能越好。理論研究認(rèn)為GNS比CNTs更適合作為導(dǎo)電填料，Qi等的研究與此吻合，但也有實(shí)驗(yàn)研究不認(rèn)同這一觀點(diǎn)，這主要是由于二維結(jié)構(gòu)的GNS具有更大的比表面積，在成膜樹脂中容易團(tuán)聚、褶皺或不規(guī)則卷曲。

     用化學(xué)吸附或靜電吸附的方式將GNS包覆于聚合物母粒表面，然后將母粒熱壓成型，原來(lái)吸附在母粒表面的GNS便分布在融化母粒的界面處，因而容易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，獲得的復(fù)合材料滲流閾值可低至0.01%～0.1%(體積分?jǐn)?shù))，但這種方法并不適用于涂料。與SWNTs一樣，GNS也是制備透明導(dǎo)電薄膜的優(yōu)良材料，Zheng等采用Langmuir-Blodgett自組裝法制備了氧化石墨烯透明導(dǎo)電膜，在化學(xué)摻雜及熱還原處理后，涂膜方塊電阻為459Ω/sq，透明度達(dá)90%。Nekahi等將氧化石墨烯懸浮液滴涂在PET塑料基體上，然后用氫碘酸還原氧化石墨烯，制得的導(dǎo)電薄膜透明度達(dá)70%，方塊電阻為200Ω/sq，薄膜的楊氏模量和硬度分別達(dá)到4.6GPa和442MPa。GNS導(dǎo)電薄膜具有良好的抗彎曲疲勞強(qiáng)度，有望取代應(yīng)用于電子領(lǐng)域的錫銦氧化物導(dǎo)電薄膜。