石墨烯複合材料之導電性質_機理 (#2)

2015-7-5

看完石墨烯基本的導電機理後，我們再來討論導電高分子復材相關的導電機理。第二篇我們來談論「導電高分子復材之應用機理」。前一篇我們談到能帶，也談到載流子遷移率，但畢竟高分子趨近於絕緣體，即便是石墨烯這般電導率高的材料也是英雄無用武之地。從石墨烯／高分子複合材料相關文獻可以發現導電率普遍在 10^(1~2) S/m，而志陽科技卻可以在導電油墨做到 10^(0~1) S/cm，原因在氧化石墨表面含有大量的含氧基團，破壞了石墨烯的共軛結構, 因此氧化石墨的導電性較差。即便通過對氧化石墨表面脫氧還原，部分的含氧基團被除去，使得石墨烯的碳原子重新成為sp2 碳原子，可使導電性得到大幅提高，但究竟是比不上較少缺陷的乾式製程的物性來得好。.

談到石墨烯導電復材的「導電機理」就要先從幾個變數來分析，其中包括﹕滲濾閾值、層數、尺寸、基體種類及界面等因素。我再次重申石墨烯作為「增強材料」加入高分子基體中，並沒有一種石墨烯可以涵蓋開發者要求的所有物性，必須透過與該基體的特性相結合才能達到優化，所以我會在這五個變數中依所要求物性而排定考慮順序為﹕基體>> 界面 >> 層數 >> 尺寸 >> 滲濾閾值。基體的選擇通常是業界要求或補足石墨烯不足之處，譬如保溫及耐磨損。而界面通常會加入界面劑讓兩種能結合成一體。至於前兩個變數決定後，後面就是一連串實驗試樣的階段，我們通常會參考專利或文獻來設計實驗步驟，但由於我們的石墨烯不是一般的氧化還原法製備，經驗上會酌量減少其滲濾閾值的。

石墨烯複合材料的製備關鍵是使納米顆粒均一分散在單層或多層石墨烯表面及層間，其改性效果的好壞主要取決於兩種材料的混合或複合效果。相對於氧化石墨烯能穩定地分散在溶液中，且其頂部與底部含有大量的羧基、羥基和環氧基等基團，向其層間插入帶有活性基團或富電子苯環的有機物，可形成一種層狀導電複合產物。就以前段時間南開大學化學學院陳永勝教授提出光壓驅動 「光動」 飛行或將成為可能這個研究來看，他們利用水熱法製備石墨烯氣凝膠，保有一定的含氧官能團和缺陷，導電率不過 1 S/m，所以局域上電導率很大的可能性幾乎不存在。

那志陽科技在導電材料有哪些成果呢？其中，

1). 導電油墨，Rs = 10^0 nΩ/□ ( Vorbeck為 10^0 Ω/□)

2). 透明導電漿，Rs = 10^1 nΩ/□ ( 500 Ω/□即可商業化)

3). 導電尼龍，Rs = 10^8 nΩ/□ (已達到ESD程度)

公式﹕

電導率 σ = 1/ρ ，n電阻率 ρ ， 片電阻 Rs = ρ/t ， 電阻值 R = ρ*L/A