导电炭黑与导电炭黑石墨有哪些不同点

　　石墨作为碳的形态之一,为层型结构,层中每个碳原子以sp2杂化轨道与三个相邻的碳原子形成三个等距离的键,未参与杂化的spz轨道还有一个孤电子,与石墨层的方向垂直,每个碳原子的spz轨道的孤电子相互重叠(肩并肩),形成离域π键,这些离域电子在整个碳原子平面内自由移动,导致了石墨在平行于片层地方向上有良好的导电性,而层与层之间以范德华力相结合,呈高电阻.

　　因此,石墨可被看成二维导体,其输运性质介于金属与半导体之间,属传统的半金属(semimeta1)类型材料.石墨的二维特性是碳纳米管得以研制成功的关键,石墨薄片能卷成管,进而石墨的碳原子层卷曲成圆柱状,就形成径向尺寸很小的碳纳米管.所以石墨的二维输运特性是理论与实验研究的热点.

　　石墨粉的导电性主要取决于纯度(即含碳量),石墨化度(石墨化度是衡量炭素物质从无定形炭通过结构重排,其晶体接近完善石墨的程度)以及粉体颗粒大小、形态等因素.一般来讲,粉体纯度越高、石墨化度越高、粒径分布越宽、长径比越高,则导电性越好.

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　　导电碳黑是一个统称,它泛指导电能力强于普通炭黑、色素炭黑的特殊炭黑品种.根据导电能力大小,从低到高以此可分为CF导电碳黑(Conductive Blacks),SCF超导电碳黑(Super Conductive Blacks),XCF特导电碳黑(Extra Conductive Blacks).从生产方法来讲,可以分成乙炔炭黑,重油炉法炭黑,重油造气副产炭黑三大类

　　碳黑属于无定形碳,是由烃类化合物(液体或气态)经不完全燃烧或热裂解而产生的微细粉末.主要组成物是碳元素,以近似球体的胶体原生粒子及聚集体形式存在,还含有少量的氢、氧、硫、灰分、焦油和水分.炭黑的结构性是以炭黑粒子间聚成链状或葡萄状的程度来表示的.

　　目前常用吸油值表示结构性,吸油值越大,炭黑结构性越高,容易形成空间网络通道,而且不易破坏.高结构炭黑颗粒细,网状链堆积紧密,比表面积大,单位质量颗粒多,有利于在聚合物中形成链式导电结构.粒径分布宽的炭黑粒子比分布窄的炭黑粒子更能赋予聚合物导电性.可用统计方法解释这个现象.粒径分布宽的炭黑,少数大直径粒子需要数目巨大,直径更小的粒子给予补偿,相同平均粒径分布宽的炭黑比分布窄的炭黑有更多的粒子总数.

　　所谓无定形碳,并不是指这些物质存在的形状,而是指其内部结构.实际上它们的内部结构并不是真正的无定形体,而是具有和石墨一样结构的晶体,只是由碳原子六角形环状平面形成的层状结构零乱且不规则,晶体形成有缺陷,而且晶粒微小,含有少量杂质.大部分无定形碳是石墨层型结构的分子碎片大致相互平行地,无规则地堆积在一起,可简称为乱层结构.

　　由于真正导电性优异的是石墨化的碳,石墨化程度越高,导电性越好.

　　所以一般来讲,石墨的导电性优于碳黑(两者均纯度很高的情况下,如果纯度不高,没可比性).但在塑料体系中,为什么导电碳黑添加较少的质量能达到优于石墨的导电性呢?

　　这是因为,在聚合物体系中,起导电作用的因素除了所加导电粉体本身的导电性外,还与导电粒子在聚合物中的分布状态有关.同等质量的碳黑和石墨,由于碳黑比重更小,其在聚合物中占据了更大的体积分数,有利于形成导电网络,从而获得了比石墨粉做填料更好的导电效果.但在高聚集的状态下,石墨聚集体的导电性要远好于碳黑.这就是为什么好的导电电极材料是用石墨.

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