導電膠黏劑的成分組成與導電機理
2022/3/26 18:49:57??????點擊：
導電膠是一種集粘結(jié)性、導電性為一體的，固化或干燥后具有一定導電性能的膠粘劑。
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，導電膠的發(fā)展也取得了長足的進步。
1 導電膠的組成與分類
目前市場上使用的導電膠大都是填料型導電膠，主要由樹脂基體和導電填料組成。
填料型導電膠的樹脂基體通常使用熱固性膠黏劑如環(huán)氧樹脂、有機硅樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂等膠黏劑體系。這些膠黏劑在固化后形成導電膠的分子骨架結(jié)構(gòu)，為導電膠提供力學性能和粘接性能，并使填料粒子形成導電通道。
導電膠常用的導電填料有金粉、銀粉、銅粉、鎳粉、羰基鎳鈀粉、鉬粉、鋯粉、鈷粉；還有鍍銀金屬粉、鍍銀無機填料粉等鍍銀填料；無機填料常用的有石墨、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機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電性能，并且粒徑要在合適的范圍內(nèi)，能夠添加到導電膠基體中形成導電通路。
按照導電填料的不同，導電膠可分為金系導電膠、銀系導電膠、銅系導電膠和碳系導電膠。
由于原材料金價格昂貴，金系導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。
銀系導電膠是目前應(yīng)用較為廣泛的產(chǎn)品，通常具有導電性能良好、可操作溫度低的特點，但其電阻率受銀粒子的形狀、尺寸及填充量影響較大，同時銀遷移現(xiàn)象可能導致導電膠的電阻不穩(wěn)定。
銅系導電膠由于銅及其合金的價格相對低廉成為研究熱點，但銅比銀要容易被氧化，從而導電性能大大降低，持續(xù)高導電性能的獲得是其研究難點。
碳系導電膠通常以碳納米管-銀為填料，填充碳納米管的導電膠比傳統(tǒng)的導電銀膠通常具有更好更穩(wěn)定的機械和導電性能。
2 導電膠的導電機理
理解導電膠的導電機理有助于導電膠的研究與開發(fā)，目前比較典型的填充型導電膠導電機理主要有滲流理論、隧道導電理論和場致發(fā)射理論三種。
滲流理論學說認為導電填料間的相互接觸形成導電通路，使導電膠具有導電功能。導電膠在固化之前，導電填料處于獨立狀態(tài)，不相互接觸，因此不導電；導電粘合劑在干燥固化后，溶劑的揮發(fā)以及基體的交聯(lián)，導電膠的體積收縮，從而使導電填料相互間形成穩(wěn)定連續(xù)接觸而呈現(xiàn)導電性，如圖2所示。
隨著導電填料含量的增加，導電膠體積電阻率的變化并非一直是線性增加的，當導電填料的填充量達到某個臨界值時，導電粒子間相互接觸足夠形成穩(wěn)定地導電網(wǎng)絡(luò)，導電膠的電阻率將發(fā)生突變由半導體變?yōu)閷w（如下圖所示），這個電阻率發(fā)生突變的臨界值稱為“滲流閾值”。
“隧道效應(yīng)”學說認為聚合物基復合材料中的一部分導電填料相互接觸形成鏈狀的導電網(wǎng)絡(luò)，另一部分導電填料則以孤立粒子或小團體的形式分布在聚合物基中。當孤立粒子或小團體的距離很近時（聚合物薄層很薄，通常為10 nm 左右），由于熱振動引起的電子在導電填料粒子間躍遷，這種遷移形成電子通道，從而產(chǎn)生導電現(xiàn)象。
量子力學認為，微觀粒子總有穿過勢壘的可能，當隔離層的厚度小到一定值時，電子就能通過熱振動越過勢壘，使隔離層變?yōu)閷щ妼印?/span>
“場致發(fā)射”理論是一種比較特殊的隧道導電機理，認為導電復合材料的導電行為是導電粒子內(nèi)部電場發(fā)射的特殊情況。當導電粒子間的距離小于10 nm時，它們之間強大的電場可以誘使發(fā)射電場的產(chǎn)生，穿過絕緣物質(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，導電膠的發(fā)展也取得了長足的進步。
1 導電膠的組成與分類
目前市場上使用的導電膠大都是填料型導電膠，主要由樹脂基體和導電填料組成。
填料型導電膠的樹脂基體通常使用熱固性膠黏劑如環(huán)氧樹脂、有機硅樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂等膠黏劑體系。這些膠黏劑在固化后形成導電膠的分子骨架結(jié)構(gòu)，為導電膠提供力學性能和粘接性能，并使填料粒子形成導電通道。
導電膠常用的導電填料有金粉、銀粉、銅粉、鎳粉、羰基鎳鈀粉、鉬粉、鋯粉、鈷粉；還有鍍銀金屬粉、鍍銀無機填料粉等鍍銀填料；無機填料常用的有石墨、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機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電性能，并且粒徑要在合適的范圍內(nèi)，能夠添加到導電膠基體中形成導電通路。
按照導電填料的不同，導電膠可分為金系導電膠、銀系導電膠、銅系導電膠和碳系導電膠。
由于原材料金價格昂貴，金系導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。
銀系導電膠是目前應(yīng)用較為廣泛的產(chǎn)品，通常具有導電性能良好、可操作溫度低的特點，但其電阻率受銀粒子的形狀、尺寸及填充量影響較大，同時銀遷移現(xiàn)象可能導致導電膠的電阻不穩(wěn)定。
銅系導電膠由于銅及其合金的價格相對低廉成為研究熱點，但銅比銀要容易被氧化，從而導電性能大大降低，持續(xù)高導電性能的獲得是其研究難點。
碳系導電膠通常以碳納米管-銀為填料，填充碳納米管的導電膠比傳統(tǒng)的導電銀膠通常具有更好更穩(wěn)定的機械和導電性能。
2 導電膠的導電機理
理解導電膠的導電機理有助于導電膠的研究與開發(fā)，目前比較典型的填充型導電膠導電機理主要有滲流理論、隧道導電理論和場致發(fā)射理論三種。
滲流理論學說認為導電填料間的相互接觸形成導電通路，使導電膠具有導電功能。導電膠在固化之前，導電填料處于獨立狀態(tài)，不相互接觸，因此不導電；導電粘合劑在干燥固化后，溶劑的揮發(fā)以及基體的交聯(lián)，導電膠的體積收縮，從而使導電填料相互間形成穩(wěn)定連續(xù)接觸而呈現(xiàn)導電性，如圖2所示。
隨著導電填料含量的增加，導電膠體積電阻率的變化并非一直是線性增加的，當導電填料的填充量達到某個臨界值時，導電粒子間相互接觸足夠形成穩(wěn)定地導電網(wǎng)絡(luò)，導電膠的電阻率將發(fā)生突變由半導體變?yōu)閷w（如下圖所示），這個電阻率發(fā)生突變的臨界值稱為“滲流閾值”。
“隧道效應(yīng)”學說認為聚合物基復合材料中的一部分導電填料相互接觸形成鏈狀的導電網(wǎng)絡(luò)，另一部分導電填料則以孤立粒子或小團體的形式分布在聚合物基中。當孤立粒子或小團體的距離很近時（聚合物薄層很薄，通常為10 nm 左右），由于熱振動引起的電子在導電填料粒子間躍遷，這種遷移形成電子通道，從而產(chǎn)生導電現(xiàn)象。
量子力學認為，微觀粒子總有穿過勢壘的可能，當隔離層的厚度小到一定值時，電子就能通過熱振動越過勢壘，使隔離層變?yōu)閷щ妼印?/span>
“場致發(fā)射”理論是一種比較特殊的隧道導電機理，認為導電復合材料的導電行為是導電粒子內(nèi)部電場發(fā)射的特殊情況。當導電粒子間的距離小于10 nm時，它們之間強大的電場可以誘使發(fā)射電場的產(chǎn)生，穿過絕緣物質(zhì)，從而產(chǎn)生電流。
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