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塑料为什么可以导电

在人们的印象中,塑料是不导电的,不仅如此,塑料还常常作为绝缘基体使用,塑料在电子电气中的广泛应用正是基于这一点。但是,三位科学家在1977年首次发现这种聚合物也能导电。这项研究在初期并没有得到认同和关注,经过近15年的时间尘封,上世纪90年代初,信息化产业开始展现出无比广阔的应用市场。世界各大化工和信息研发机构犹于一朝梦醒,不约而同对导电塑料投入大批研究经费,于是该领域的研究在最近十多年里发展迅猛,令人欣慰的是,在经过了近四分子一世纪后,当年的三位科学家亦因此获得2000年诺贝尔化学奖
导电塑料一般分为结构型和复合型两大类。结构型材料合成工艺较复杂,成本较高,目前价格相当昂贵,是一种真正意义的导电塑料,研发一旦突破技术瓶颈,将给我们的生活带来无法想象的影响。
复合型是由导电性物质与高分子材料复合而成。该类别成本稍低,可以满足各种成型要求,是一类已被广泛应用的功能性高分子材料。
1970年,日本东京技术学院里一位留学生在做有机聚合物的化学实验时,由于不精通日语,误解了老师的话,过多地把某种化学物质加进乙炔气体,结果没有得到预期的黑色粉末,而是产生了酷似金属的塑料。5年后,美国的艾伦·麦克迪阿密教授访问日本,对这种银色塑料惊叹不已。他们有意将少量碘加入塑料中,出乎意料,这种塑料的导电性能猛增了3000多倍。于是,具有金属般导电性能的塑料问世了。
这种酷似金属的塑料,是一种复合型导电高分子材料。它是用聚乙烯、聚吡咯、聚塞吩、聚苯胺等高分子聚合物的塑料掺杂某种离子,通过特殊的处理和反应而成的,兼有导体和塑料的优点。
科学家认为,塑料是高分子聚合物,分子中有很多个碳原子、氢原子,“手拉手”地连接成长链。碳原子有相互“拉”着一个或几个电子的能力。拉几个电子的碳原子,控制电子的能力相对较弱,容易被掺杂物夺走电子,而留下空位。这好比挤满汽车的停车场,一旦有一辆车从出口离开车场,另一辆车就能进入一样。当外界施加一定的电压后,聚合物分子中空位附近的电子就会进入空位,并造成新空位,这样交替持续就造成电流流动。
用导电塑料制造的塑料电池,工作原理很像海绵吸水,放电时,电极排斥电子;充电时,电极又吸附电子。这样循环往复,电极不会与“溶液”发生任何化学反应而溶解。因此充放电时间快,寿命长。用它做汽车动力,可大大提高速度和爬坡性能;把它编织在衣服衬里,能产生热能防寒代替羽绒服;用它做成房间墙板,能自动调节室温;甚至还可用它带动电子计算机。
导电塑料还有其它“绝技”:在显示器中,它能使自己变色;在抗电磁波干拢装置里,有吸附电磁辐射的本领;它还能对付电子、化工、精密仪器等行业的静电。日本还研制出一种含有碳铝合金型导电纤维和导电塑料的地板材料,可搬移、组装,也可浇注、粘接。装上这种地板,人体上的静电会跑到地下,不会给人和机器带来危险。
电荷半衰期和表面电阻与聚合物抗静电性能的等级表面电阻表面电阻(欧姆)电荷的半衰期(秒)等级<10^10<1很好10^10 - 10^111 - 10好10^11 - 10^1210 - 60一般10^1260差了解电磁屏蔽电磁屏蔽是通过导电媒介将电磁辐射(EMI)或射频干扰(RFI)、静电等的反射、吸收或传导到地面使之衰减,或使其强度降低到允许范围之内,或将其限制在指定的空间范围内的一种技术手段。
就塑料而言,我们根据屏蔽能力的不同从四个方面入手:
1、把塑料的表面做到不产生静电(抗静电型);
2、即使产生静电,把塑料做成能导走静电的材料(耗散型);
3、把塑料做成导体(导电型);
4、把塑料做成超导体(屏蔽型)。


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