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導(dǎo)電涂料作為一種功能涂料，可用于制備成具有電流傳導(dǎo)和排除累積電荷作用的涂層，在抗靜電、電磁屏蔽、防腐、新能源、電子信息等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。導(dǎo)電填料作為導(dǎo)電涂料中的核心功能成分，在涂層中起著構(gòu)建電荷遷移通路的作用，此外還能影響涂料的施工性能、調(diào)節(jié)涂層的光澤度等。隨著技術(shù)的創(chuàng)新與進(jìn)步，導(dǎo)電填料的發(fā)展也經(jīng)歷了多次更新迭代涂料在線coatingol.com。

1. 導(dǎo)電填料的導(dǎo)電機(jī)理

一般認(rèn)為，導(dǎo)電填料與涂料基料混合后所形成的涂層導(dǎo)電性，是導(dǎo)電通道理論、隧道效應(yīng)和場致發(fā)射效應(yīng)三者之間相互競爭的結(jié)果。

導(dǎo)電通道理論指出：涂料中的導(dǎo)電填料的體積分?jǐn)?shù)在達(dá)一定值后，涂料中的導(dǎo)電粒子之間相互接觸構(gòu)建了鏈狀導(dǎo)電通道，涂層因此具備了導(dǎo)電能力。隧道效應(yīng)認(rèn)為：在混合過程中，樹脂有時會將填料包覆致使填料的間距增大，在涂層中導(dǎo)電填料含量比較小時，外加電場的作用下，熱振動可使載流子在填料粒子間直接躍遷形成導(dǎo)電通道。場致發(fā)射效應(yīng)是一種特殊的隧道效應(yīng)，是通過高強(qiáng)電壓激發(fā)載流子穿過樹脂層躍遷到另一個填料粒子。

除此之外，還有其他理論對涂料的導(dǎo)電機(jī)理做出解釋，如熱力學(xué)理論和有效介質(zhì)理論，但由于這兩種理論適用的體系有限，抑或是存在漏洞，因而未被廣泛接受。

2. 金屬及其氧化物導(dǎo)電填料

金屬作導(dǎo)電填料使用時可以有效地傳遞和分散電流，具有很好的導(dǎo)電性。但其成本較高，且在基料中易沉淀，造成涂層中各組分分布不均勻，進(jìn)而影響整體的導(dǎo)電性能。此外，金屬易被氧化，會導(dǎo)致涂層的導(dǎo)電性下降甚至完全喪失，這些缺陷限制了金屬作為填料用時的應(yīng)用。目前常用的金屬填料有銀、鋁、鎳、鋅、銅等。

銀是所有金屬中導(dǎo)電性最好的材料之一，但銀本身的成本過高，因而大多被限制應(yīng)用在電磁屏蔽效能要求高的特殊領(lǐng)域。鋁的導(dǎo)電性較銀差，但質(zhì)輕價(jià)廉，化學(xué)性質(zhì)活潑，易腐蝕，因此在水性涂料體系中，鋁粉須先進(jìn)行表面改性。鎳的導(dǎo)電性較銀和鋁差且有致癌性，這制約了它的應(yīng)用范圍，但其具有良好的抗腐蝕性，且價(jià)格低廉，可被應(yīng)用到建筑領(lǐng)域。

金屬氧化物具有半導(dǎo)體導(dǎo)電性，而且與金屬填料相比，其價(jià)格較低，顏色更淺，抗腐蝕能力較強(qiáng)，裝飾性能更好。常見的有二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、氧化鈷等。

3. 碳系導(dǎo)電填料

碳系材料經(jīng)歷了從天然石墨、炭黑到碳纖維、碳納米管（CNTs）、石墨烯的更新迭代。由于具有質(zhì)輕、導(dǎo)電性優(yōu)良、無毒無害、附著力好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用為涂料的導(dǎo)電填料。

炭黑具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，但表面存在許多微孔，導(dǎo)致其比表面積大，且在水體系中分散易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，因此作為填料使用時需加入分散劑。碳纖維是含碳量在90%以上的高強(qiáng)度高模量纖維，常被作為增強(qiáng)材料與樹脂、金屬等復(fù)合；在涂料領(lǐng)域，因其質(zhì)輕且具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，可用來制備導(dǎo)電、發(fā)熱或?qū)嵬繉印?/p>

CNTs是具有特殊結(jié)構(gòu)的一維導(dǎo)電材料。由于納米管之間存在較強(qiáng)的范德華力，易發(fā)生團(tuán)聚，并且自身有一定的化學(xué)惰性，與基料、溶劑等組分的作用較弱，所以CNTs作為涂料填料需解決體系中的分散問題。一種解決方法是機(jī)械分散，如超聲處理、機(jī)械研磨、高速攪拌；另一種是功能化，包括共價(jià)功能化和非共價(jià)功能化；此外，也可通過添加分散劑來改善CNTs在基體中的分散性。

石墨烯是具有二維層狀結(jié)構(gòu)的納米導(dǎo)電材料，其對空氣中氧氣、水等腐蝕介質(zhì)具有抗?jié)B透性，因而被廣泛應(yīng)用于腐蝕防護(hù)領(lǐng)域。通常情況下，石墨烯的層與層之間存在范德華力和堆積作用，因此分散性更差，在溶劑或聚合物中易發(fā)生聚集和沉積，這直接影響了涂層的導(dǎo)電性能。一般通過添加適量助劑或進(jìn)行功能化改性，來改善石墨烯的分散性，制得的導(dǎo)電涂料往往還具備良好的機(jī)械性能和防腐性能。

4. 本征導(dǎo)電聚合物（ICPs）導(dǎo)電填料

ICPs既具有本征的摻雜導(dǎo)電性，又可以自身成膜，因此成為當(dāng)前導(dǎo)電涂料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。考慮到穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和水性化的綜合需求，目前研究最多的是聚苯胺（PANi）、聚吡咯（PPy）和聚(3,4-乙撐二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT:PSS）。

PANi具有很好的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，摻雜反應(yīng)具有高度的選擇性，可通過添加摻雜劑來調(diào)節(jié)其電學(xué)和化學(xué)性質(zhì)，且共價(jià)連接改性或與其他材料進(jìn)行復(fù)合也可彌補(bǔ)PANi性能的不足（如耐腐蝕性）。PPy相比PANi合成方法簡單，合成過程更加安全綠色，成本也更低。PEDOT:PSS是目前ICPs領(lǐng)域研究最深入和應(yīng)用最廣泛的商用水性分散體，克服了聚噻吩分散性差、導(dǎo)電性和加工性不足的問題，在柔性和可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域有著可觀的應(yīng)用前景。

5. 復(fù)合導(dǎo)電填料與新型導(dǎo)電填料

復(fù)合填料通常由多種導(dǎo)電物質(zhì)組成，這些物質(zhì)可相互作用形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高填料的導(dǎo)電性能。它們在物理和化學(xué)性質(zhì)上的差異有助于改善填料的相容性和分散性等，且復(fù)合體系在受到外力作用時不易發(fā)生斷裂或磨損，提高了涂層的抗張強(qiáng)度和耐磨性。目前該方面研究最多的是ICPs與碳材料或金屬納米線復(fù)合的體系。

新型填料方面，MXene和MOF等新材料在導(dǎo)電填料領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價(jià)值，是能源、電子、催化、傳感、印染等諸多板塊研究的“寵兒”。MXene作為具備金屬鍵和共價(jià)鍵的二維片狀納米材料，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、機(jī)械性能及表面活性，且光熱轉(zhuǎn)換效率高。MOF是金屬離子或團(tuán)簇與有機(jī)配體在一定條件下通過配位鍵自組裝形成的具有分子內(nèi)孔隙的晶體框架材料，具有高孔隙率、尺寸選擇性和結(jié)構(gòu)多樣性的優(yōu)點(diǎn)，可與金屬單質(zhì)、石墨烯、MXene等材料雜化，獲得更優(yōu)的電學(xué)和磁學(xué)性能，從而在新興產(chǎn)業(yè)的導(dǎo)電涂料板塊發(fā)揮獨(dú)特效能。