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導(dǎo)電炭黑探究
炭黑的導(dǎo)電性
炭黑的導(dǎo)電性能與炭黑粒子的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的改變,、表面性質(zhì),、粒子大小和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。炭黑粒子的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的改變對他的導(dǎo)電性能有顯著影響，石墨化的炭黑具有較高的導(dǎo)電率,。當(dāng)炭黑的表面含有揮發(fā)份或焦油狀雜質(zhì)（即溶劑抽出物）時(shí)，由于炭黑表面覆蓋一層含氧化合物的膜,，使炭黑粒子表面形成一層絕緣層,，這種絕緣層的存在會顯著地增加炭黑的電阻。當(dāng)把炭黑在真空或惰性氣體加熱除去含氧揮發(fā)份和油狀雜質(zhì)后,，其電阻會顯著減小,。當(dāng)炭黑粒徑減小，即他的分散度增加時(shí),，由于在單位體積內(nèi)粒子數(shù)目增加,，也會是電阻減小。因此可以說,，較細(xì)粒子的炭黑具有較好的導(dǎo)電能力,，炭黑的結(jié)構(gòu)是影響炭黑的導(dǎo)電性能的重要因素，這顯然是由于炭黑鏈枝結(jié)構(gòu)或纖維結(jié)構(gòu)的存在,。
炭黑導(dǎo)電性能的測定,，通常是測定干炭黑的粉體電阻比。也就是把炭黑在一個(gè)絕緣的圓筒中用金屬柱塞電極壓縮大恒壓或恒體積是,，測定其電阻值并算出比體積電阻,。前者稱為定壓法，后者成為定容法,。定壓法用的壓力位100-130公斤/立方厘米,。對高結(jié)構(gòu)的炭黑，采用定容法所測得的比電阻更能反映出與應(yīng)用的關(guān)系,。
炭黑的導(dǎo)電性能
炭黑是一種半導(dǎo)體材料,，常用導(dǎo)電率或他的倒數(shù)電阻率表示他的電性能。炭黑的導(dǎo)電性能與其微觀結(jié)構(gòu),，粒子大小,，結(jié)構(gòu)，表面性質(zhì)等密切相關(guān),。
炭黑的微觀結(jié)構(gòu)賦予炭黑導(dǎo)電性能,。天然石墨單晶或高度定向的熱裂解石墨的電性能類似于半金屬性質(zhì)。即他的階電子與導(dǎo)電電子帶之間的能帶很低,，小于0.04eV,。而且由于石墨層的取向,，在電性能方面也存在明顯的各項(xiàng)異性。石墨單晶在橫向上比電阻為5*10-5,，縱向電阻為5*10-1,。高出10000倍。對于炭黑聚集體而言,，由于炭黑石墨層的同心取向圓性質(zhì),，絕大部分為縱向，所以電阻率要高于石墨,。從微觀方面解釋,。從微觀的角度講，炭黑原子與炭黑原子形成共價(jià)鍵,，碳原子通過共價(jià)鍵在電勢上產(chǎn)生通路,，電阻很小，所以每個(gè)微晶的由碳原子組成的每個(gè)六角形網(wǎng)片層在導(dǎo)電上是很好的,。但是每個(gè)片層與片層之間的是有距離的,，這種距離雖然只有0.433nm，但沒有像片層原子之間導(dǎo)電性好,。放大一些倍,，這類微晶與微晶之間，要是片與片橫向排開并接觸的話,，可構(gòu)成良好的導(dǎo)電通路,，但要是一層壓一層方式排列的話，層與層之間導(dǎo)電性能又會差一大塊出來,。再放大一些,。碳炭黑據(jù)熔體與炭黑據(jù)熔體接觸，導(dǎo)電的方式是層與層之間的導(dǎo)電,，所以導(dǎo)電性質(zhì)并不是太好（比金屬）,，當(dāng)然炭黑的導(dǎo)電性并不全是上述方式的導(dǎo)電，有一部分錯綜復(fù)雜微晶也無序中形成橫向通路,，從而增加導(dǎo)電性,，這種方式是少量的，并且是隨機(jī)的,。后說明，炭黑在膠料中的形式并不是想我們想象中的那樣均勻分布,，大部分炭黑炭黑粒子還是有數(shù)個(gè)或數(shù)十個(gè)炭黑聚集體抱到一塊形成炭黑附聚體存在于橡膠中,，混煉次數(shù)越多，炭黑附聚體的聚集體數(shù)量就越少,，相應(yīng)的分散到膠料中的炭黑就越顯得均勻,，但是混煉次數(shù)過多,，會引起膠燒或破壞炭黑基本粒徑，降低炭黑結(jié)構(gòu),，反而降低了導(dǎo)電性能,。所以導(dǎo)電炭黑如何在膠料中均有的分散是橡膠工作者需要解決的問題。如果能添加分散劑,，就是說,，既能改善分散性，又不會破壞炭黑的結(jié)構(gòu),，還不影響炭黑表面純潔度,。可起到的導(dǎo)電效果,。
上述是炭黑導(dǎo)電的基本機(jī)理,，下面介紹炭黑在膠料中導(dǎo)電的影響因素。炭黑的物化性質(zhì)與導(dǎo)電性有關(guān),。一般來說,，粒子越小，導(dǎo)電性能越好,，這是由于單位體積內(nèi)增加了炭黑的粒子數(shù)目,。從而增加了接觸點(diǎn)或在分散體中減小了粒子間距離。使電阻減小,，導(dǎo)電性增加,。所以細(xì)粒子具有較高的導(dǎo)電性能。炭黑的結(jié)構(gòu)也是影響炭黑導(dǎo)電性的重要因素,，高結(jié)構(gòu)的炭黑比正常結(jié)構(gòu)的炭黑或低結(jié)構(gòu)的炭黑具有更高的導(dǎo)電性,。這顯然是由于高結(jié)構(gòu)的炭黑存在的鏈枝結(jié)構(gòu)（纖維結(jié)構(gòu)）的存在，交織連接形成更多的通路所致,。炭黑表面的揮發(fā)物或殘留的焦油狀物質(zhì),，（即溶劑抽出物），使炭黑表面覆蓋一層含氧化合物的膜,，或油狀烴分子薄膜,，形成了絕緣層。增加了炭黑的電阻,，使導(dǎo)電性降低,。將炭黑在真空或惰性氣體中加熱除去含氧基團(tuán)或油狀物質(zhì)以后，導(dǎo)電性增加,。炭黑表面的粗糙度,，即空隙性也影響炭黑的導(dǎo)電性。表面粗糙多孔的炭黑其導(dǎo)電性增加,，這是由于當(dāng)填充量一定時(shí),，粗糙多孔的炭黑粒子比實(shí)心粒子間距要小,。所以，導(dǎo)電性能好的炭黑具有粒子細(xì),，結(jié)構(gòu)高,，表面純凈，粗糙多孔等特點(diǎn),。
炭黑的電阻測量一般在壓縮狀態(tài)下進(jìn)行,，因?yàn)槲磯嚎s的粉狀炭黑體積多變，并含有高達(dá)90%以上的空隙,。經(jīng)造粒密實(shí)的炭黑中仍有80%左右的空隙,，大多數(shù)炭黑如按粒子堆積計(jì)算，其空隙體積為40%左右,。炭黑中存在這么多孔隙,，并易變，如不經(jīng)過一定程度的壓縮者無法準(zhǔn)確測量器其比電阻,。壓縮主要是消除炭黑中過多的空隙,，并增加聚集體間接觸或縮小粒子間距離，因此在一定壓力下才能比較不同炭黑的導(dǎo)電性,?？偟脕碚f，炭黑的電阻率隨所施加壓力或壓強(qiáng)的增加而減小,。
經(jīng)過試驗(yàn)得知,，炭黑的電阻率不是有導(dǎo)電粒子的長度決定的，而是由鏈與鏈之間的間隙決定的,，這些間隙在所施加壓力不到1nm,，因此，在這些局部的間隙可能出現(xiàn)高電場,，在足夠高的電勢差下會引起場內(nèi)致發(fā)射使電子穿過勢壘,。而在這種情況下，產(chǎn)生電子隧道效應(yīng),，通過大量的導(dǎo)電通路（隧道）導(dǎo)電,。在大量填充情況下任何一種炭黑的導(dǎo)電率接近同一水平。
熱處理后的炭黑對導(dǎo)電性有一定影響,，當(dāng)溫度達(dá)到1200度,，炭黑表面的含氧基團(tuán)和溶劑抽出物消失，炭黑的導(dǎo)電性增加,，溫度高于1200度后電阻增加,，這是因?yàn)樘亢诒砻姹皇慕Y(jié)果。炭黑的石墨層形成封閉的層殼,，并形成同心取向,。這樣沿著順導(dǎo)的方向減少，從而形成炭黑導(dǎo)電性能減弱,。