聚合物基导电复合材料的电阻机械效应(RME)
旦剑壁兰：壁盒塑垫壁垒堑鱼丝垫曲垫里墼照墼直ｌ堕坚兰２—————————————————————三！Ｌ聚合物基导电复合材料的电阻机械效应（ＲＭＥ）。
周创锋，宋叉虎，沈烈，郑强
（浙江大学高分子科学与工程学系，浙江杭州３１００２７）
摘要：综述了聚合物基导电复合材料的电阻机械效应（陀一ｓｉｓＩ㈣ｅ＿Ⅱｌｅｃｈａｎｉｃ越ｅ雠ｃｔ，ＲＭＥ）．列举了ＲＭＥ的各种表现及其可能的内在机制，介绍了改善ＲＭＥ循环稳定性的方法。ＲＭＥ取决于导电填料和基体性质两方面因素，包括填料种类和形态分布、填料体积分数、基体粘弹性、基体与填料的相五作用。其次．应力或应变大小、加载方式和加栽速率、加工方法以及环境温度和湿度等也是影响ＲＭＥ的重要因素。对于纤雏填克复合体系．影响固素还包括纤堆取向与长径比、外力方向等。
关键词：聚台物基导电复合材料：电阻机械效应；稳定性：时间依赖性
中围分类号：ＴＱ３２５．１：ＴＭ２４３文献标识码：Ａ
文章编号：１００１＿９７３１（２００４）０３－０２７１－０４
１引言
在绝缘基体中填充导电填料所制得的聚合物基导电复合材料，与金属材料相比不仅具备独特的电学和力学性质，还具有质量小、成本低、易加工和耐腐蚀等特点，其重要的学术价值和工程应用背景因而受到了广泛关注”。。
导电填料浓度较低时，复合材料的电阻率接近于基体的水平；当填料浓度增加到渗流阈值时，电阻率往往在极窄的浓度区间内出现跨越几个数量级的下降，呈现所谓的。渗流转变”（ｐｅ卜ｃｏｌａｔ?ｏｎ【ｒａｎｓｊｌｉｏｎ∥叫…。在渗流阈值以上，电阻率则主要取决于导电寿ｆｉ的结构与堆砌方式。一般认为导电填料在渗流闽值附近开始形成贯穿于绝缘基体的渗流网络”ｏ’６’７１１“”］。
渗流网络的结构与性质取决于导电粒子本身的特性。如形状、尺寸、粒度、表面性质及暂态结构（订明ｓｉｅｎｔｓｔｍｃｔｌｌｒｅ）等”。“”１“。另一方面，基体的粘弹性则使导电行为在外场（如机械外力”。。９”１、溶剂…１“１、电场‘”１、磁场”８’或超声场””）作用下呈现温度与时问依赖性”。’’１“。导电网络与基体随外界刺激作出的响应共同决定体系的导电行为”’１７川。
材料电阻对外界刺激的敏感程度随填料浓度向渗流阈值的适近而迅速增大”４。…ｏ。在渗流区附近，导电网络的细微变化就可能导致体系电阻率的突变或渐变，其中最引人注目的是材料在升温过程中所表现出的电阻正温度系数（ｐ喇ｉｄｖｅｔｅｍｐｅｍｔｕｒｅｃｏｅｍｃ渤ｔ．Ｉｙｒｃ）效应Ⅲｑ“以及在应力或应变作用下的电阻机械效应（ｒｅｓｉｓｔ且ｎｃｅ—ｍｅｃｈ蛐ｉｃａｌｅ如ｃｔ，ＲＭＥ）㈦。。“ｏ””，２“。ＲＭＥ指的是材料受外力作用而发生变形时所伴随的电阻率变化．对于揭示渗流网络结构与性质具有特殊的意义。考虑到材料的结构与性能稳定性．一类对徽应力作用具有敏感电阻响应即所谓“压阻行为”（ｐｊｅｚｏｒｅｓｉｓｔｊｖｅｂｅｈａｖｉｏｒ）‘１一ｏ。”‘”?２１”铂ｔ的材料备受关注，而这类材料在压力（应变）传感器与材料损伤自监测等方面的应用，一直推动着该领域的学术研究与工程开发。本文将在对ＲＭＥ相关研究成果进行总结的基础上，着重揭示渗流网络的结构及其对外场作用的响应，并探讨该类材料在工程应用中存在的问题及其解决的途径。
２ＲＭＥ及其与渗流网络的关系
２．１粒子填充体系
２１．１填料形态分布与渗流网络结构
在炭黑（ｃＢ）加工过程中，初级ｃＢ粒子（一级结构）经聚集（ｅｏａｌ㈣ｎｃｅ）、融合（ｆｕ辩）而形成葡萄串状的聚集体（８ｓｇ陀ｔ
鲫ｅｓ）（二级结构），聚集体经由物理作用可进一步形成附聚体（ａ耐ｏｍｅ珀ｔ髑）（三级结构）…。动态力学和电学性能同步测定结果表明，导电炭黑在聚合物基体中形成相对独立的网络３，包括附聚体组成的临时性碳链与聚集体结成的永久性碳链两部分。临时性碳链通过ｖ丑ｎｄｅｒｗａｌｌ８力作用而得以存在，在低拉伸应变（５０％）下即被破坏；在更高应变下，永久性碳链将沿拉伸应力方向取向”。。
ｃＢ填充聚合物的导电性娲｛于聚集体直接接触或量子隧道效应。聚集体间隙可以看作是电子以隧道机制跳跃的能垒，其平均值取决于ｃＢ含量、聚集体结构以及制备工艺（混合效率、温度、压力）等诸多因索。隧道间隙随外力的变化是产生ＲＭＥ的重要原因之一ｆＩ…。
在拉伸情况下，复合材料电阻对外力的响应由临时性碳链的破坏．重建以及永久性碳链的取向共同决定”翔１。压缩时．导电行为则取决于临时性碳链的破坏－重建以及聚集体间隙的变化…ｊ。
２１．２渗流网络与ＩｔｈＩＥ
２．１．２．１拉仲
ｖｏｅｔ等’“在研究ｃＢ填充丁苯橡胶的拉伸时发现，由于ｃＢ暂态结构的破坏，导电橡胶的轴向电阻率首先随拉伸而出现川、的增大；此后，由于永久性碳链沿应力方向排列取向，电阻率在较大应变范围内下降直至最低点；当外力超过ｃＢ与弹性体之问的相互作用力后，可以打破永久碳链的取向，导致电阻率显著增大。
Ｋｏｓｔ等”。”证实了拉伸对ｃＢ填充硅橡胶的电阻率有影响。这种影响随着ｃＢ浓度向渗流阕值逼近而愈加显著，同时还随应变速率增大而增强。由此认为，导电橡胶在拉伸下的电阻率变化取决于导电粒子簇的暂态分布。
我们约定平行于外力作用方向为轴向，垂直于外力作用方
÷基金瑁目：Ｌ可家自然科学基金资助课题（５０００３００７）；国家自然科学基金重点资助项目（５０１３３０２０）收稿日期：２００３—０６＿０５通讯作者：郏强
作者简介：周剑锋（１９７８一），男，江苏淮安人，在读硕士，从事聚合物蔗导电复台材书｝研究。
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