導(dǎo)電塑料（用于集成電路包裝的高分子材料）

簡介

導(dǎo)電塑料絕大多數(shù)是本來是絕緣的材料里摻加高濃度的絲狀炭黑和完全焦化的化合物制得的。用體積電阻率和表面電阻率同樣足以描述它們的電性能。這種依仗炭絲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的電性能取決于制備它們的方法，也隨機械彎曲和接觸莊力的改變而變化。

導(dǎo)電塑料綜合了金屬的導(dǎo)電性（即在材料兩端加上一定電壓，在材料中有電流通過）和塑料的各種特性（即材料分子是由許多小的、重復(fù)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)單元組成的）。要想賦予聚合物以導(dǎo)電性，在聚合物主鏈中就必須引入π共軛體系，構(gòu)成π電子系重疊的高分子，而且高分子的有規(guī)結(jié)構(gòu)也是不可缺少的，而摻雜劑即可勝此任。因此，塑料材料具有導(dǎo)電性的第一個條件是它必須具有共軛的π電子體系，第二個條件是它必須經(jīng)過化學(xué)或電化學(xué)摻雜，即通過氧化還原過程使聚合物鏈得到或失去電子。研究進(jìn)展表明，人們能夠生產(chǎn)出導(dǎo)電性超過銅的塑料，以及在室溫下導(dǎo)電性超過其他任何材料的塑料。

導(dǎo)電塑料

來源

我們通常認(rèn)為塑料導(dǎo)電性極差，因此被用來制作導(dǎo)線的絕緣外套。但澳大利亞的研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將一層極薄的金屬膜覆蓋至一層塑料層之上，并借助離子束將其混入高分子聚合體表面，將可以生成一種價格低、強度高、韌性好且可導(dǎo)電的塑料膜。

取得這一成果的小組由兩位來自澳大利亞昆士蘭大學(xué)的專家領(lǐng)導(dǎo)，分別是保羅·麥里迪斯（Paul Meredith）教授和助理教授本·鮑威爾（Ben Powell），以及一位來自新南威爾士大學(xué)的專家亞當(dāng)·米考林（Adam Micolich）教授。他們的這一成果已經(jīng)發(fā)表于《ChemPhysChem》雜志。該項研究所依據(jù)的實驗由前昆士蘭大學(xué)博士生安德魯·斯蒂芬森（Andrew Stephenson）進(jìn)行。離子束技術(shù)在微電子工業(yè)領(lǐng)域被廣泛運用來測試半導(dǎo)體，如硅片的導(dǎo)電性能。但將這種技術(shù)應(yīng)用到塑料膜材料的嘗試是從上世紀(jì)80年代才開始起步的，一直進(jìn)展不大。麥里迪斯教授介紹說：“這個小組所作的工作，簡單來說就是借助離子束技術(shù)改變塑料膜材料的性質(zhì)，使其具備類似金屬的功能，能夠向?qū)Ь€本身那樣導(dǎo)電，甚至可以變成超導(dǎo)體，當(dāng)溫度低到一定程度時電阻變?yōu)榱恪！?/p>

為了顯示這種材料的潛在應(yīng)用價值，小組采用這種材料，參照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制作了電阻溫度計。在和同類型的鉑電阻溫度計進(jìn)行對比測試時，新材料制作的產(chǎn)品顯示了類似，甚至更優(yōu)越的性能?！斑@種材料的有趣之處在于我們幾乎保留了高分子聚合物的全部優(yōu)勢——機械柔韌性、高強度，低成本，但與此同時它卻又具有良好的導(dǎo)電性，而這通?？刹皇撬芰蠎?yīng)該具有的特性?！泵卓剂纸淌谡f?！斑@種材料開創(chuàng)了一個塑料導(dǎo)體的新天地?！?/p>

而安德魯·斯蒂芬森則認(rèn)為這項技術(shù)最令人興奮之處在于這種薄膜的導(dǎo)電性可以進(jìn)行精確的調(diào)整或設(shè)定，這將具有非常廣闊的應(yīng)用前景。他說：“事實上，我們可以將這種材料的導(dǎo)電性更改10個數(shù)量級，簡單的說，這就像是我們在制作這種材料時，手里擁有100億種選擇。理論上說，我們可以制造出完全不導(dǎo)電的塑料，或者導(dǎo)電性和金屬一樣好的塑料，以及介于兩者之間的全部可能性?！?/p>

這種新材料可以利用的微電子工業(yè)常用的設(shè)備輕易地制造出來，并其相比傳統(tǒng)的高分子半導(dǎo)體材料，這種新材料對暴露在氧氣中的抗氧化能力也要高得多。研究人員表示，綜合以上這些優(yōu)勢，這種借助離子束處理高分子聚合物得到的薄膜材料將具有廣闊的應(yīng)用前景，它是現(xiàn)代和未來技術(shù)的融合。

分類

導(dǎo)電塑料通常分為兩大類。

結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電塑料

是指塑料本身具有“固有”的導(dǎo)電性，由聚合物結(jié)構(gòu)提供導(dǎo)電載流子（電子、離子或空穴）。這類塑料經(jīng)過摻雜后，電導(dǎo)率可大幅度提高，其中有些甚至可達(dá)到金屬的導(dǎo)電水平。摻雜的方法有化學(xué)摻雜和物理摻雜二大類，摻雜劑有電子受體、電子給體和電化學(xué)摻雜劑等。摻雜型聚乙炔是個典型例子，在添加碘或五氟化砷等電子受體后，電導(dǎo)率可增至10Ω·cm。

結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電塑料可用于制作大功率塑料蓄電池、高能量密度電容器、微波吸收材料等。

復(fù)合型導(dǎo)電塑料

在復(fù)合型導(dǎo)電塑料中，塑料本身并不具備導(dǎo)電性，只充當(dāng)了粘合劑的角色。導(dǎo)電性是通過混合在其中的導(dǎo)電性的物質(zhì)如炭黑、金屬粉末等獲得的。這些導(dǎo)電性物質(zhì)稱為導(dǎo)電填料，以銀粉和炭黑使用最多，它們在復(fù)合型導(dǎo)電塑料中起著提供載流子的作用。

復(fù)合型導(dǎo)電塑料制備方便，有較強的實用性，常應(yīng)用于開關(guān)、壓敏元件、連接器、抗靜電材料、電磁屏蔽材料、電阻器及太陽能電池等。

用途

導(dǎo)電塑料不僅在抗靜電添加劑、計算機抗電磁屏幕和智能窗等方面的應(yīng)用已快速的發(fā)展，而且在發(fā)光二極管、太陽能電池、移動電話、微型電視屏幕乃至生命科學(xué)研究等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。此外，導(dǎo)電塑料和納米技術(shù)的結(jié)合，還將對分子電子學(xué)的迅速發(fā)展起到推動作用。將來，人類不僅可以大大提高計算機的運算速度，而且還能縮小計算機的體積。因此，有人預(yù)言，未來的筆記本電腦可以裝進(jìn)手表中。

隨著電子電器、集成電路和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，包括微型化和高速化，其使用的電流大多是微弱電流，致使控制訊號功率與外部侵入電磁波噪音的功率接近，因此易產(chǎn)生誤動作、圖像障礙和音響障礙，妨礙警察通訊、防衛(wèi)通訊和航空通訊，造成衛(wèi)星總裝調(diào)試障礙等等，對此必須采用屏蔽措施。導(dǎo)電塑料是理想的屏蔽材料，可作為電子器件設(shè)備的外殼來實現(xiàn)屏蔽。它與傳統(tǒng)導(dǎo)電材料相比，更輕巧，易成型加工，耐腐蝕，電阻容易調(diào)節(jié)而總成本又較低，因此需要用導(dǎo)電塑料實現(xiàn)屏蔽。

許多導(dǎo)電材料或高導(dǎo)材料應(yīng)用的場合如制作電極，低溫發(fā)熱體等等，以采用導(dǎo)電塑料最合適。

新型號

南朝鮮科學(xué)技術(shù)院最近將多吡咯進(jìn)行化學(xué)聚合后得到導(dǎo)電塑料。這是一種能源貯存體，可應(yīng)用于充電的高分子蓄電池；也可根據(jù)其在薄膜狀態(tài)下反復(fù)產(chǎn)生的氧化還原作用，用于制造變色開關(guān)也可以被覆在使用太陽能電池的半導(dǎo)體電極表面，用以提高性能還可用于電路設(shè)計，或代替已有的蓄電池以及用于傳真照片。