導電體

在科學及工程上常用利用歐姆來定義某一材料的導電程度。

幾種金屬導電性能：

銀 100

銅99

金74

鋁61

大小依次為 銀 銅 金 鋁 鎳 鋼 合金

幾種導體材料在溫度20℃時的電阻率：

銀 1.6*10^-8

銅 1.7*10^-8

鋁 2.9*10^-8

鎢 5.3*10^-8

鐵 1.0*10^-7

錳銅合金 4.4*10^-7

捏鋁合金 5.0*10^-7

鎳鉻合金 1.0*10^-6

有機化合物也會導電

長期以來，就導電性能而言，人們往往習慣于把有機化合物看作是絕緣體。但實際情況并非完全如此。 隨著高分子化學和合成技術的發(fā)展，對于固體有機化合物電子電導的機理，已了解得相當清楚。在工業(yè)中用作導體的石墨，實際上就是具有金屬導電性能的典型有機高分子化合物。

有機化合物特別是高分子化合物的 一個顯著特點是，借助于其分子結鉤和性能之間所存在的某些已知關系， 可以通過大分子的合成來調省其各種性能。石墨雖有很好的導電性能，但是它的機械性能和加工性能卻很差，限制了它的應用范圍。因此，如果能創(chuàng)制出機械性能和加工性能都很好的有機導電體，使它能在廣泛的范圍內發(fā)揮其作用。

分子固體的電子電導機理

要使有機化合物固體能象金屬那樣導電，首先要了解它是什么性質的固體，在基本結構上它和金屬的主要差別是什么"_blank" href="/item/低分子化合物/1493289" data-lemmaid="1493289">低分子化合物才是分子晶體，至于有機高分子則往往很難制成單晶，其固體中除結晶相之外還有無定形相存在。有機材料中存在無定形相就能使它具有良好的機械性能和加工性能，所以只能把有機導電體看作是分子固體，在分析它的電子電導特點時，必須考慮到其中存在著無定形相。

金屬之所以會導電，是由于其原子晶體中存在著起導電作用的自由電子。分子固體中根本就沒有這樣的自由電子，要使它導電，首先便要依賴特種的分子結構設計來提供適當?shù)妮d流子 ( 電子和空穴 ) 。 其次，分廣固體中分子和分一子的堆積是由范德瓦爾斯力控制的，分子間的間距大，電子云的交迭很差，即使在分子內已經存在著可在外加電場下移動的載流子，也較難從一個分子遷移到另一個分子，必須使它有越過分子間位壘的活化過程。 這就是有機化合物大都是絕緣體的原因所在。因此，要使有機化合物成為導電體，其分子結構至少必須具有下列兩個條件：( 1 )要能產生載流子，( 2 )分子間的電子云要有一定程度的重迭。

提高電導率的途徑

為了使有機導電體出現(xiàn)金屬電導，為了盡量提高它的電導率，改進晶體結構的幾何因素便成為特別重要的問題。它的具體內容是：怎樣才能控制分子在晶體中的幾何堆積"sup--normal" data-sup="2" data-ctrmap=":2,"> [2]

廣泛應用有機導電體的前景

要使有機導電體在廣泛的工業(yè)部門得到應用，除了應進一步提高其電導率外，還得注意其機械性能和加工性能。所以必須使有機導電體的組分有一部分或全部是高分子化合物。 最理想的設計是，處于結晶區(qū)的分子能提供金屬電導，而處于非晶區(qū)的分子則提供韌性和加工性。在有機導電體加工成形之后，還可以進行后處理，以使結晶區(qū)進一步完善而提高電導率。

有機導電體是從石墨的分子結構啟發(fā)出來的新型材料。過去的研究和發(fā)展主要是保留和改進石墨的導電性能 ，但要克服其機械性能和加工性能都很差的缺點。在工業(yè)上廣泛應用有機導電體的前景是很有希望的。除期望其 可以在電子工業(yè)甚至在電力工業(yè)中取代金屬銅之外，甚至于還有發(fā)展出有機超導體的可能性。

導電體電子導體

電子導體有金屬，石墨及某些金屬的化合物（如WC）等，它是靠自由電子的定向運動而導電，在導電過程中自身不發(fā)生化學變化。金屬導體里面有自由運動的電子，導電的原因是自由電子，當溫度升高時由于導電物質內部質點的熱運動加劇，阻礙自由電子的定向運動，因而電阻增大，導電能力降低。半導體隨溫度其電阻率逐漸變小。導電性能大大提高，導電原因是半導體內的空穴和電子對。

導電體離子導體

離子導體依靠離子的定向運動(即離子的定向遷移)而導電，例如電解質溶液或熔融的電解質等。當溫度升高時，由于溶液的黏度降低，離子運動速度加快，在水溶液中離子水化作用減弱等原因，導電能力增強。

導電體與絕緣體復相陶瓷的導電性能符合滲流理論，其滲流轉變曲線受多種因素的影響，除導電相與絕緣相二相組成的配比外，還受到二相顆粒的尺寸、形狀及分布的影響，復相陶瓷的燒成溫度、溫度制度影響了臨界指數(shù)、晶粒粒徑比及晶界層，從而也影響滲流轉變曲線。

導電體 -絕緣體復合材料一直是人們廣為研究的課題，導電體 -絕緣體組成的復合體中的各因素 (各相的幾何因素和電特性 )決定了它的宏觀電性能，因而預言復合體中各因素對復合體性能的影響規(guī)律是極為重要的。

滲流理論

導電體與絕緣體的復合，必然存在下列現(xiàn)象： 當導電相含量較低時，導電粒子無規(guī)則地彌散在絕緣相中，復合體的導電率很小，與絕緣相的導電率接近；隨導電相的增加，導電顆粒將聚集成較大的團簇，在某個臨界含量 ，導電顆粒將相互連接成一個無限的團簇，形成一個導電通路，復合體的導電率快速增加，發(fā)生非線性突變；隨導電相的進一步增加，復合體的電導率快速接近導電相的電導率。

影響滲流閥值的因素

對于球狀或近似球狀顆粒的二組成相，二相的晶粒在空間隨機填充，則此類復合材料的滲流閥值在0.01到大于0.5之間變化，滲流閥值的具體數(shù)值完全依賴于二相晶粒的結構參數(shù)，如晶粒尺寸、形狀及分布。

1、滲流閥值與晶粒尺寸的關系：

以Ri表示絕緣相顆粒的粒徑， R_c表示導電相顆粒的粒徑，則二相顆粒的粒徑比R_i /R_c對滲流閥值有重大影響。對于球狀或近似球狀的晶粒，粒徑比決定了滲流閥值的大小。

2、滲流閥值與晶粒形狀的關系：

當導電相晶粒非球狀時，則由于長條狀晶粒比球狀晶粒易于相互連接而形成滲流通路，因此與類似條件下球狀粒子相比，其滲流閥值V_c將減小。如碳纖維(L /d= 100)與環(huán)氧樹脂的復合材料，其滲流閥值V_c可低到0.0055。引入排除體積 (V_ex )的概念后 ，其滲流閥值可表示為：

V_c = 1- ex p [- B_c*V / < V_ex > ]

其中：V 為晶粒體積，<V_ex >為排除體積平均值，B_c為臨界接觸數(shù)。

應用

導電相與絕緣相復合，其復合材料的電導率遵循滲流理論，符合滲流轉變曲線，而滲流轉變曲線受多種因素的影響，因而可以通過控制上述影響因素，使導電相與絕緣相的復合符合所期望的滲流轉變曲線，進而獲得所需的燒結產物，取得最佳的效果。

例如，TiB₂與BN的復合，是典型的導電相與絕緣相的復合，其中TiB₂的電阻率為9～ 30μΨcm，而BN的電阻率為1016～ 1018Ψcm。TiB₂與BN復相陶瓷的電導率與各成份體積分量的關系符合滲流理論，因而TiB₂與BN復相導電陶瓷的燒成可以采用滲流理論作為指導：當對最終燒結產物中TiB₂與BN的配比及電導率有一定要求時，則可以通過改變二相粒度比或燒結溫度等手段來同時滿足配比及電導率要求。