第1章

导电塑料

材料根据其导电能力的不同分成导体、半导体和绝缘体三大类，图1.1所示表示用表面电阻率来区分不同材料的导电性能，可将材料分为抗静电材料（绝缘体）、防静电材料（半导体）和电磁/无线电干扰（EMI/RFI）屏蔽材料（导体），电阻率越低，则其导电性越强。

图1.1 材料的导电图谱

塑料历来被认为是良好的绝缘材料，其电阻率都在1011Ω/m2以上。但是，自从20世纪70年代日本东京工业大学研究所的实验室负责人，化学家白川英树在用乙炔气体制取一种聚乙炔塑料时，因偶然加入了比实际要求量多了1000倍的催化剂，结果得到了一种具有良好导电性能的银白色薄膜———含碘聚乙烯，这一偶然的科学发现具有划时代意义，它开创了导电材料的新纪元，完全改变了人们对塑料的认识。后来，美国宾夕法尼亚大学教授、化学家艾伦·麦克迪尔米德和艾伦·黑格对此进行了深入研究，逐步弄清了塑料导电的内在机理，由此兴起了一股导电聚合物即导电塑料的研究热潮。

自从导电塑料这种特殊的材料被偶然发现以来，随着研究的不断深入，其应用也越来越广泛。首先，它被作为一种良好的电磁屏蔽材料使用。由于普通塑料固有的电绝缘性使其易于积累静电荷，形成较高的静电压。所以，用塑料制成的微电子器件外壳容易造成灰尘及其他污物吸附、产生静电放电（ESD）与电击现象。这使得一些对静电敏感的产品（如微电子元件、集成电路、轻质油品、火药等）生产和使用中由于应用了塑料，受静电的危害越来越突出。另外，微电子工业的高速发展，产生了大量的电磁波干扰（EMI）和射频干扰（RFI），越来越小型化、轻量化、数字化、高密度集成化及灵敏度越来越高的现代电子元器件很容易受到这种复杂电磁环境的影响，甚至发生误动作、出现图像障碍及声音障碍等。因此，静电放电的电磁效应、微电子设备相互间电磁干扰（EMI）及电磁兼容性（EMC）问题，也越来越受到重视。因此，对许多应用场合中的塑料制品，不仅要求其有良好的综合性能，而且要求其有一定的导电性能，以提供良好的防静电性（或静电耗散性）或EMI/RFI屏蔽性能。例如用做集成电路、芯片、传感器护套等精密电子元器件生产过程中使用的防静电周转箱、托盘、芯片载体、薄膜袋等，均可用导电塑料制作。

其次，随着研究的进一步深入，现已成功合成出了性能类似于硅的半导体导电塑料，这类导电塑料可替代单晶硅用于微芯片的开发，相信在不远的将来，塑料芯片完全有可能取代硅芯片。因为，塑料芯片的价格仅为硅芯片的1%到10%，极具市场竞争力。目前，日本和美国等发达国家已研制出集成了几百个电子元器件的塑料芯片，离实际应用已经不远。根据测算，采用这种导电塑料制造的新款芯片可以大大缩小计算机的体积，提高计算机的运算速度。

再次，20世纪80年代开发成功了导体型导电塑料，主要用于集成电路的膜电阻和传感器用敏感电阻材料。日本和美国在20世纪90年代就开始将导电塑料用在精密位移传感器中作为敏感材料，将其制成平面电阻膜，利用电刷臂将转角位移转换成电阻的变化，使原电阻位移传感器的结构更加小巧，输出精度大大提高，且具备极强的抗噪声能力和超长的机械寿命，被广泛应用于雷达、导弹、火炮等武器装备中，并已经拓展到家用电器、石油化工、机械制造、工业自动化等诸多民用领域。国内导电塑料的开发与应用也已从初期的纯实验室研究发展到了工业化应用阶段。

总之，随着导电塑料性能的不断改善，尤其是欧盟CE认证指令与新的电磁兼容指令的实施，都有力地促进了导电塑料的工业化应用和发展。近年来，全球导电塑料需求不断增长。据欧洲商业通信公司最新研究报告显示，2006年全球导电塑料消费量比2005年增长了10%，从7万吨增加到7.75万吨。在需求增长的同时，用于导电塑料制造的新型导电添加剂、母料技术、本征导电及离子导电塑料合金技术等，都取得了重要的工业进展，获得了商业化应用，也使以往在导电塑料制造方面遇到的一些难题得到了解决。