0 引言
导电涂料是近年来随着涂料工业与现代工业的高速发展而出现的一种功能涂料，是指涂于非导电基材上，使之具有传导电流和排除积累静电荷能力的特种涂料。它由成膜物质、填料、助剂及溶剂组成，其中至少有一种组分具有导电性能，以满足形成涂层后电导率在10-10 S/cm 以上的要求。与真空溅射、塑料电镀等获得导电层的方法相比，导电涂料具有施工方便、成本低廉、应用范围广、可涂覆于任何形状基材的表面和内部等诸多优点。导电涂料按其导电机理可分为本征型与掺杂型。所谓本征型导电涂料是以导电高聚物为基本成膜物质，以高聚物自身的导电功能使涂层带电；掺杂型导电涂料是在绝缘高聚物中添加导电填料，使其具有导电性能。这种导电性能并非高聚物固有的特性，其导电过程靠金属微粒提供自由电子载流子来实现。本文主要介绍掺杂型导电涂料及其新研究进展。

1 掺杂型导电涂料的导电机理
1.1 无限网链理论
1972 年，F Butch 提出了复合型导电高聚物的导电无限网链理论，该理论认为：在含有金属颗粒的高聚物体系中，当金属颗粒的浓度达到一定的临界值后，体系内的金属颗粒便会排列成一个导电无限网链，使自由电子载流子从高聚物的一端到达另一端，从而使绝缘体变成半导体或导体。
1.2 热力学理论
热力学理论认为：合成树脂基体与导电填料之间的界面效应对掺杂型导电回路的形成有很大影响。在导电涂料的制备过程中，导电填料粒子间的自由表面变成湿润的界面，在基体与填料之间形成了界面层，由此导致了体系的界面能过剩。随着导电填料的增加，界面能过剩不断增大，当体系界面能过剩到一定的程度，导电粒子开始形成导电网络，即表现为体系的电阻率突降。这种理论很好地解释了以炭黑为填料的导电涂料的导电性能。
1.3 竞争理论
竞争理论则认为：掺杂型导电涂料的导电机理是导电通道、隧道效应、场致发射3 种机理相互竞争的结果。导电通道机理是指涂层中的部分导电粒子能够相互接触而形成链状导电通道，使复合材料得以导电。在添加较多的导电填料条件下，主要是导电通道起作用。这种理论可以很好地解释涂料电导率随导电填料的量的变化规律，在实验中体现为渗滤阂值，即在填料添加量达到某一值时，电导率明显上升。隧道效应和场致发射机理则认为，涂层的导电不是靠导电粒子的直接接触，而是由于热振动或内部电场作用使电子在粒子间迁移形成了电流。在低导电填料含量、低外加电压下，导电粒子的间距较大，直接形成导电通道的几率较小，此时隧道效应起主要作用。

2 影响导电涂料导电性的主要因素
2.1 导电介质的影响
随着导电介质含量的增加，涂层的表面电阻逐渐减小。当导电粒子含量较少时，粒子大多被树脂包围，粒子之间存在较多的空隙，不能形成贯穿整个涂层的导电网路，这时多靠热振动或内部电场作用使电子在粒子间迁移形成微弱电流，此时隧道效应起主要作用。随着导电粒子含量的增加，涂层中导电通路迅速建立起来，涂层电阻随之迅速下降，当导电粒子含量增大到一定程度时，由于导电粒子在涂层中已形成贯穿整个涂层的导电网路，继续增加填料用量对涂层的导电通路贡献不大，所以涂层电阻下降趋于平缓。此外，实验还表明，在粒度和比表面积大致相同的情况下，树枝形导电介质的临界体积含量和电阻率都小于球形和片形导电介质，这是由于树枝状粒子接触点多，易于形成三维导电通路的缘故。
2.2 溶剂的影响
采用水作溶剂时，导电介质完成了很好的平铺和叠加，形成有效的导电网络，但水的挥发速度较慢，导电介质因相对密度大发生沉降，少量树脂浮于涂层表面，从而降低了涂层表面的导电性；而采用有机物作溶剂时，有机物的挥发速度较快，导电介质还未来得及平铺、搭接和叠加，多数处于直立或斜搭状，导电网络还没有完全形成时就成膜了，填料之间空隙多被树脂所填充，所以导电性能差。
2.3 涂层厚度的影响
涂层较薄时，随着涂层厚度的增加，表面电阻下降较快，当涂层厚度增大到一定程度时，涂层表面电阻变化趋于平缓。这主要是因为涂层较薄时，导电粒子仅在二维平面上形成导电网络，因而导电性能较低。当涂层增大到一定厚度时，导电粒子呈现立体分布，这样较容易形成互穿整体的并联导电网络，此时涂层表面电阻较小。当涂层中已经形成互穿整体的并联导电网络时，随着涂层厚度的增加，涂层的表面电阻变化趋于平缓并保持一定数值。但涂层厚度过大，涂层的附着力会下降，成本也会增加，所以应根据实际需要选择合适的涂层厚度。

3 导电涂料的性能表征
导电涂料特性表征方法为测定其表面电阻（率）和体积电阻（率）［8］。按照GB/T 1410—2006《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》，表面电阻（率）和体积电阻（率）有如下定义。表面电阻：在试样的某一表面上两电极所加电压与经过一定时间后流过两电极间的电流之商；该电流主要为流过试样表层的电流，也包括一部分流过试样体积的电流，在两电极间可能形成的极化现象忽略不计，计量单位为欧姆（Ω）。
表面电阻率：在绝缘材料的表面层的直流电流强度与线电流密度之商，即单位体积内的表面电阻。
计量单位为欧姆（Ω）。表面电阻率计算公式为表面电阻乘以被保护电极有效周长与两电极间距离之商。
体积电阻：在试样的相对两表面上放置的两电极间所加直流电压与流过两电极之间的稳态电流之商，该电流不包括沿材料表面的电流，在两电极间可能形成的极化忽略不计。除非另有规定，体积电阻在电化1 min 后测定。
体积电阻率：在绝缘材料里的直流电场强度和稳态电流密度之商，即单位体积内的体积电阻，计量单位为欧姆（Ω·cm）

4 导电涂料的用途
4.1 电磁波屏蔽
随着电子工业的迅速发展，各种家用电器和商用电子产品迅速普及，数量急剧增加。这些电子仪器和设备在工作时发射出各种频率的电磁波，严重污染环境，使电子设备的正常工作和无线电广播通讯受到严重干扰，即电磁波干扰（EMI）和射频干扰（RFI），事故屡见不鲜。由于电子设备广泛采用塑料壳体，而电磁波可以畅通无阻地通过塑料材料，因此须采取相应的屏蔽措施。在各种方法中，采用导电涂料和导电塑料两种方法具有成本低、施工工艺简单、可对各种复杂形状设备施工等突出优点，应用比重逐渐上升。
4.2 抗静电
在电子行业中，静电放电会使各种精密仪器、电子元器件被击穿而报废。在炸药、煤矿、石油、化工、纺织等行业，静电放电导致易燃易爆物起火或爆炸，造成巨大的恶性事故。采取恰当的措施，防止和疏导材料表面的静电荷积累，在高分子材料的实际使用中具有十分重要的意义。师玉英等人以改性环氧聚氨酯为基料，添加导电性二氧化钛、石墨及导电炭黑配制油罐内壁抗静电防腐涂料。此涂料导电性能和防腐性能均良好，可以满足油罐防腐抗静电要求［2］。
4.3 其它用途
利用导电涂料的导电能力，可将电能转化成热能，只需在导电涂层的两侧安上两个接头并接通电源，当电流流经涂层时就会产生热量，因此导电涂料可用作“加热漆”，用于加热寒冷地区的军营及军事建筑物、军事输油管道和海军各类舰船壳体的防冻装置，以及飞机跑道的防结冰等。在日常生活中可代替金属电热丝加热制成各种电热器，如电暖脚炉、电热褥和电热压榨器等，其显著优点是不占空间［9］。中化建常州涂料化工研究院的陆文明等人研究了各种导电涂料与电热性的关系，发现当材料表面电阻值大于800 Ω 时，在固定的36 V 安全电压下，通过的电流值相当小，很难产生电热效应。因此选择合适的成膜树脂、导电材料及其加入量都是关系到导电涂料电热性能的重要参数［10］。

5 导电涂料的发展方向
随着导电涂料研发的不断深入，其应用也日益广泛，尤其是在电子工业、建筑工业、航空和军用工业等领域，具有重要的实用价值。展望未来导电涂料的研究和开发，呈现以下发展趋势：
5.1 高性价比
随着导电涂料需求量的增大，成本将是未来影响导电涂料发展的重要因素。对于掺杂型导电涂料，主要是开发高导电性、低成本的新型导电填料，以代替银等贵金属材料。目前对导电填料的改性大部分是采用化学镀技术，如在铜粉、玻璃微球表面镀银等。此外，纳米技术的应用也在很大程度上降低了成本。如纳米银粉、纳米镍粉，它们不仅降低了成本，同时还提高了导电率。
5.2 环保型
随着人们对环境质量和资源的重视，环保型导电涂料成为未来发展的必然趋势。目前，环保型导电涂料主要有：水溶性导电涂料，高固含量导电涂料及粉末导电涂料。有机溶剂型导电涂料不仅成本高，而且对环境和施工人员的伤害较大，在未来发展中势必将被淘汰。水溶性导电涂料以水为溶剂或分散介质，降低了其危害性。而高固含量导电涂料中有机溶剂的含量少，减少了对环境和人体的危害。粉末导电涂料不含溶剂，完全是固体体系，可采用闭路循环体系生产。
5.3 多功能化和复合化
随着导电涂料的发展，不仅要求导电涂料有优良的导电性，还对其耐磨性、防腐性、耐老化性、耐高低温性等性能提出了要求。未来的导电涂料应是导电性与其他性能的兼容体。目前我国研发的部分导电涂料的功能已由以前单一的导静电发展到现在的导电、防腐、耐高温、阻燃等兼具的水平。