清华大学于建教授：有序组装构筑高效导电网络制备低逾渗阈值导电高分子复合材料

来源：高分子科学前沿

通常所见的高分子材料是绝缘体，由于具有密度低、抗腐蚀和优异的可塑性等特点，作为结构材料得到了广泛的应用。导电高分子的发现，改变了高分子材料仅用作绝缘体的观点，获得了2000年度诺贝尔化学奖。随着电子工业和信息技术的发展，对具有导电功能的高分子材料需求日益迫切。本征型导电高分子由于加工困难、成本高昂，且多数为半导体，仍难以获得大范围的实际应用。通过在传统绝缘高分子材料基体中添加导电填料制备的复合型导电高分子材料，具有与高分子基体类似的各种优异性能，且成本低、电阻率可调，因此在导电、抗静电、电磁屏蔽等领域取得了较为广泛的实际应用。但当前高的导电填料逾渗阈值（绝缘-导体转变点）极大的制约了复合型导电高分子材料的进一步发展和应用，如何用低成本、可批量化生产的方法降低导电填料逾渗阈值成为了该领域近几十年来研究的主要热点和难点。

近日，复合材料领域Top期刊Composites Science and Technology在线刊发了由清华大学化工系于建教授课题组完成的关于导电高分子复合材料导电网络构筑的最新研究成果。导电填料的分散和导电网络的组装共同决定了导电填料逾渗阈值的大小。由于在微观结构上控制导电填料在聚合物熔体中的有序组装较为困难，因此目前领域内的研究主要集中在通过促进导电填料的分散来降低逾渗阈值，而对导电网络的有序组装研究较少。本研究通过在聚合物和导电填料熔融共混的过程中，加入与导电填料相互作用更强、粘度更低的异种聚合物，一方面促进了导电填料的分散，另一方面诱导分散的导电填料组装成有序的导电网络。两种作用共同导致了导电填料逾渗阈值的大幅度降低。

图1. (a)传统熔融共混过程中导电填料的分散和组装过程，(b)异种聚合物存在时导电填料的分散和组装过程。

该工作与以往构筑双连续结构调控导电填料界面分布的方法不同在于：异种聚合物的添加量极少，仅为1wt%左右（双连续结构通常为50%左右），对基体聚合物的其它性能影响甚微。该研究不仅对导电网络的组装过程具有理论价值，而且添加的异种聚合物仅为微量，对材料的成型参数设计几乎没有影响，因此不用更改企业现有的生产线，易于成果转化，进行工业化生产。

图2. 不同聚合物基体体系含有不同异种聚合物含量的逾渗曲线对比。

论文以“Improved electrical conductivity of polymer/carbon black composites by simultaneous dispersion and interaction-induced network assembly”为题发表在最新一期Composites Science and Technology上。博士研究生张齐艳为该论文的第一作者，郭朝霞副教授为该论文的通讯作者。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266353818330781#!

来源：功能复合材料