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導(dǎo)電涂料作為一種功能涂料，可用于制備成具有電流傳導(dǎo)和排除累積電荷作用的涂層，在抗靜電、電磁屏蔽、防腐、新能源、電子信息等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。導(dǎo)電填料作為導(dǎo)電涂料中的核心功能成分，在涂層中起著構(gòu)建電荷遷移通路的作用，此外還能影響涂料的施工性能、調(diào)節(jié)涂層的光澤度等。隨著技術(shù)的創(chuàng)新與進步，導(dǎo)電填料的發(fā)展也經(jīng)歷了多次更新迭代。

1. 導(dǎo)電填料的導(dǎo)電機理

一般認為，導(dǎo)電填料與涂料基料混合后所形成的涂層導(dǎo)電性，是導(dǎo)電通道理論、隧道效應(yīng)和場致發(fā)射效應(yīng)三者之間相互競爭的結(jié)果。

導(dǎo)電通道理論指出：涂料中的導(dǎo)電填料的體積分數(shù)在達一定值后，涂料中的導(dǎo)電粒子之間相互接觸構(gòu)建了鏈狀導(dǎo)電通道，涂層因此具備了導(dǎo)電能力。隧道效應(yīng)認為：在混合過程中，樹脂有時會將填料包覆致使填料的間距增大，在涂層中導(dǎo)電填料含量比較小時，外加電場的作用下，熱振動可使載流子在填料粒子間直接躍遷形成導(dǎo)電通道。場致發(fā)射效應(yīng)是一種特殊的隧道效應(yīng)，是通過高強電壓激發(fā)載流子穿過樹脂層躍遷到另一個填料粒子。

除此之外，還有其他理論對涂料的導(dǎo)電機理做出解釋，如熱力學(xué)理論和有效介質(zhì)理論，但由于這兩種理論適用的體系有限，抑或是存在漏洞，因而未被廣泛接受。

2. 金屬及其氧化物導(dǎo)電填料

金屬作導(dǎo)電填料使用時可以有效地傳遞和分散電流，具有很好的導(dǎo)電性。但其成本較高，且在基料中易沉淀，造成涂層中各組分分布不均勻，進而影響整體的導(dǎo)電性能。此外，金屬易被氧化，會導(dǎo)致涂層的導(dǎo)電性下降甚至完全喪失，這些缺陷限制了金屬作為填料用時的應(yīng)用。目前常用的金屬填料有銀、鋁、鎳、鋅、銅等。

銀是所有金屬中導(dǎo)電性最好的材料之一，但銀本身的成本過高，因而大多被限制應(yīng)用在電磁屏蔽效能要求高的特殊領(lǐng)域。鋁的導(dǎo)電性較銀差，但質(zhì)輕價廉，化學(xué)性質(zhì)活潑，易腐蝕，因此在水性涂料體系中，鋁粉須先進行表面改性。鎳的導(dǎo)電性較銀和鋁差且有致癌性，這制約了它的應(yīng)用范圍，但其具有良好的抗腐蝕性，且價格低廉，可被應(yīng)用到建筑領(lǐng)域。

金屬氧化物具有半導(dǎo)體導(dǎo)電性，而且與金屬填料相比，其價格較低，顏色更淺，抗腐蝕能力較強，裝飾性能更好。常見的有二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、氧化鈷等。

3. 碳系導(dǎo)電填料

碳系材料經(jīng)歷了從天然石墨、炭黑到碳纖維、碳納米管（CNTs）、石墨烯的更新迭代。由于具有質(zhì)輕、導(dǎo)電性優(yōu)良、無毒無害、附著力好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用為涂料的導(dǎo)電填料。

炭黑具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，但表面存在許多微孔，導(dǎo)致其比表面積大，且在水體系中分散易發(fā)生團聚現(xiàn)象，因此作為填料使用時需加入分散劑。碳纖維是含碳量在90%以上的高強度高模量纖維，常被作為增強材料與樹脂、金屬等復(fù)合；在涂料領(lǐng)域，因其質(zhì)輕且具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，可用來制備導(dǎo)電、發(fā)熱或?qū)嵬繉印?/span>

CNTs是具有特殊結(jié)構(gòu)的一維導(dǎo)電材料。由于納米管之間存在較強的范德華力，易發(fā)生團聚，并且自身有一定的化學(xué)惰性，與基料、溶劑等組分的作用較弱，所以CNTs作為涂料填料需解決體系中的分散問題。一種解決方法是機械分散，如超聲處理、機械研磨、高速攪拌；另一種是功能化，包括共價功能化和非共價功能化；此外，也可通過添加分散劑來改善CNTs在基體中的分散性。

石墨烯是具有二維層狀結(jié)構(gòu)的納米導(dǎo)電材料，其對空氣中氧氣、水等腐蝕介質(zhì)具有抗?jié)B透性，因而被廣泛應(yīng)用于腐蝕防護領(lǐng)域。通常情況下，石墨烯的層與層之間存在范德華力和堆積作用，因此分散性更差，在溶劑或聚合物中易發(fā)生聚集和沉積，這直接影響了涂層的導(dǎo)電性能。一般通過添加適量助劑或進行功能化改性，來改善石墨烯的分散性，制得的導(dǎo)電涂料往往還具備良好的機械性能和防腐性能。

4. 本征導(dǎo)電聚合物（ICPs）導(dǎo)電填料

ICPs既具有本征的摻雜導(dǎo)電性，又可以自身成膜，因此成為當(dāng)前導(dǎo)電涂料領(lǐng)域研究的熱點。考慮到穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和水性化的綜合需求，目前研究最多的是聚苯胺（PANi）、聚吡咯（PPy）和聚(3,4-乙撐二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT:PSS）。

PANi具有很好的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，摻雜反應(yīng)具有高度的選擇性，可通過添加摻雜劑來調(diào)節(jié)其電學(xué)和化學(xué)性質(zhì)，且共價連接改性或與其他材料進行復(fù)合也可彌補PANi性能的不足（如耐腐蝕性）。PPy相比PANi合成方法簡單，合成過程更加安全綠色，成本也更低。PEDOT:PSS是目前ICPs領(lǐng)域研究最深入和應(yīng)用最廣泛的商用水性分散體，克服了聚噻吩分散性差、導(dǎo)電性和加工性不足的問題，在柔性和可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域有著可觀的應(yīng)用前景。

5. 復(fù)合導(dǎo)電填料與新型導(dǎo)電填料

復(fù)合填料通常由多種導(dǎo)電物質(zhì)組成，這些物質(zhì)可相互作用形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高填料的導(dǎo)電性能。它們在物理和化學(xué)性質(zhì)上的差異有助于改善填料的相容性和分散性等，且復(fù)合體系在受到外力作用時不易發(fā)生斷裂或磨損，提高了涂層的抗張強度和耐磨性。目前該方面研究最多的是ICPs與碳材料或金屬納米線復(fù)合的體系。

新型填料方面，MXene和MOF等新材料在導(dǎo)電填料領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值，是能源、電子、催化、傳感、印染等諸多板塊研究的“寵兒”。MXene作為具備金屬鍵和共價鍵的二維片狀納米材料，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、機械性能及表面活性，且光熱轉(zhuǎn)換效率高。MOF是金屬離子或團簇與有機配體在一定條件下通過配位鍵自組裝形成的具有分子內(nèi)孔隙的晶體框架材料，具有高孔隙率、尺寸選擇性和結(jié)構(gòu)多樣性的優(yōu)點，可與金屬單質(zhì)、石墨烯、MXene等材料雜化，獲得更優(yōu)的電學(xué)和磁學(xué)性能，從而在新興產(chǎn)業(yè)的導(dǎo)電涂料板塊發(fā)揮獨特效能。

參考文獻：中國涂料, 2024, 39(02): 8-13+26.