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导电硅橡胶的特性与导电机理探秘

更新时间: 2024-12-14 09:22:14  查看次数: 80    
随着电子信息工程不断地快速发展,电子器件都朝着微型化和柔性化的方向去发展了。所谓柔性电子器件呢,就是用高弹性的材料当作基体,然后在这个基体里面放入微型的刚性元件,或者直接用柔性导电的复合材料来构建成的复合电子产品。高弹性的基体让产品有了柔韧性,而里面的元件或者导电复合材料则赋予了产品相应的功能。和传统的刚性器件相比,柔性电子器件在生物相容性、灵敏度以及可穿戴性方面都更出色,现在在人体触觉传感器、健康监控、软机器人还有人机交互等领域都有相关的应用报道。不过因为刚性元件和柔性基体的理化性质不一样,它们结合的时候还是存在一些问题的。所以,柔性导电复合材料在柔性电子器件里就表现出了更强的适用性。
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填充型导电复合材料是一种用得比较多的柔性导电复合材料,导电硅橡胶(CSR)就是一种典型的高分子复合材料,它有着不错的力学和电学性能。CSR 是用硅橡胶作为基体,往里面添加导电填料,然后经过交联反应制作出来的。近些年来,CSR 已经慢慢在各个行业里得到了应用。硅橡胶(SR)是电子封装领域常用的高分子材料之一,它的理化性质比较稳定,电绝缘性好,力学性能也优良。在橡胶基体里加入一定量的导电填料后,电子就能在填料之间相互传递,形成导电通路,这样就使得它有了一定的导电性。
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目前,对于填充型 CSR 的导电机理,一般有渗流理论、隧道理论和场致发射理论这几种说法。渗流理论是说,当导电填料的填充量比较低的时候,橡胶整体是处于绝缘状态的。随着填充量增加,橡胶里的填料密度变大,填料和填料之间能够直接接触,为电子提供导电通路,材料的电阻率就会不断降低。当导电填料的填充量达到一定程度的时候,电阻会大幅降低,之后再继续增加填充量,电阻也不会有明显变化了,这个填充量就叫做 CSR 的渗流阈值。隧道理论认为,橡胶内部的填料其实并没有相互接触,但是当填料之间的距离足够小的时候,中间绝缘橡胶的势垒就比较小,电子自身的热振动能够提供能量,让电子突破势垒,形成导电通路。场致发射效应理论则是说,导电颗粒内部存在很强的电场,电子在电场的作用下,有比较大的几率突破填料间聚合物的势垒,产生场致发射电流,从而形成导电网络。在实际情况中,CSR 内部的导电行为通常是这三种情况综合在一起起作用的。导电填料是 CSR 的重要组成部分,不同的导电填料对橡胶的电学、力学和流体学性能都会有一定的影响。