פלסטיק בסיסי הוא בידוד חשמלי, אבל עם התוספים המתאימים, הם יכולים להיות מוליכים. ניתן להשתמש בפלסטיק מוליך חשמלי כדי להחליף רכיבי מתכת ולשפר את הקיימות במספר תחומים של בניית מחברים. הם דורשים פחות אנרגיה לייצור והם קלים יותר, מה שמפחית את משקל המערכת, שיקול חשוב מאוד ביישומים כמו כלי רכב חשמליים (EVs). משקלם הקל יותר מפחית גם את פליטת גזי החממה הקשורים לתחבורה ולוגיסטיקה.
שאלות נפוצות זה סוקרות את שלוש רמות המוליכות המצויות בפלסטיק, כולל הגנה אנטי סטטית, הגנה מפני פריקה אלקטרוסטטית (ESD) ומיגון הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI). לאחר מכן, הוא בוחן כיצד ניתן לייצר פלסטיק מוליך חשמלי באמצעות פחמן שחור, סיבי פחמן, ננו-צינוריות פחמן (CNT) וחלקיקי מתכת, השימוש במיקרוטומוגרפיה ALS כדי לייעל את ייצור הפלסטיק המוליך ונסגר עם השוואה של ביצועי המיגון של EMI של פלסטיק מוליך לעומת מיגון מתכת קונבנציונלי.
התנגדות פני השטח גדולה מ-1014 Ohm-cm נחשב למבודד. שלוש רמות ההתנגדות בפלסטיק מוליך הן:
- 1012 כדי 106 Ohm-cm, משמש להגנה אנטי סטטית,
- 106 כדי 104 Ohm-cm, משמש להגנת ESD, ו
- מתחת ל- 104 Ohm-cm, משמש למיגון EMI.
תוספים סטראטיים כמו פנטאריתריטול טטרסטראט (PETS), הנקראים גם אסטר פנטאריתריטול ניטראט, משמשים בדרך כלל כדי לספק הגנה אנטי סטטית. ייצור פלסטיק מוליך כרוך בפערים בין עלות, מוליכות, חוזק מכני ויכולת עבודה של החומר. בנוסף לתוספי סטראט, תוספים אחרים נעים בין פחמן שחור לחלקיקים מתכתיים.
שחור פחמן הוא זול ובשימוש נרחב ליצירת פלסטיק מוליך להגנה אנטי סטטית ומיגון EMI בעל ביצועים נמוכים יותר.
סיבי פחמן מוליכים יותר מפחמן שחור ומוסיפים חוזק מכני. הם מייצרים פלסטיק מוליך קל משקל המשמש לרכיבים מבניים ביישומי רכב ותעופה וחלל.
CNTs משמשים לייצור פלסטיק מוליך עם תכונות אנטי-סטטיות ו-EMI עבור רכיבים אלקטרוניים כמו חיישנים ומפעילים.
חלקיקי מתכת מפוזרים דק כמו כסף או נחושת משמשים גם לייצור פלסטיק מוליך. לפלסטיקים אלו מוליכות חשמלית גבוהה יותר בהשוואה לחומרי מילוי מבוססי פחמן והם משמשים לספק מיגון EMI עבור מחברים וביתים עבור מכשירים אלקטרוניים.
עיבוד עניינים
לעיבוד של פלסטיק מלא בחלקיקי מתכת מפוזרים יש השפעה רבה על הביצועים. מדענים השתמשו במיקרוטומוגרפיה מתקדמת של מקור אור (ALS) כדי לחקור את ייצור פלסטיק עם חלקיקי מתכת מפוזרים דק. מערכת ALS משלבת שטף גבוה מאוד של קרני רנטגן ואור אינפרא אדום כדי ללכוד תמונות תלת מימדיות של המבנה הפנימי של חומר ברזולוציית ננומטר או מיקרומטר.
בניסוי אחד, מדענים בנו שלב חימום מיוחד בקו קרן ALS כדי שיוכלו לצפות בפלסטיק מוליך בטמפרטורות שונות. לפני החישול, לרכיבים המעוצבים שהוזרקו הייתה מוליכות גרועה. במהלך החישול, חלקיקי הנחושת והבדיל בדגימה חולקו מחדש והמוליכות החשמלית השתפרה משמעותית. הבנה כיצד חישול משפר מוליכות תתמוך בתהליכי ייצור משופרים (איור 1).
גמישות וקיימות
בנוסף לשיפור הקיימות, פלסטיק מוליך תומך בגמישות רבה יותר בעיצובי מחברים. עבור יישומים כמו מערכות רכב, פלסטיק מוליך יכול לספק יציבות סביבתית, יכולת מיחזור, חיסכון במשקל וביצועים מכניים גבוהים. פלסטיק מוליך יכול גם לתמוך בגורמי הצורה הקטנים ובגיאומטריות המורכבות הדרושים למחברים ביישומי עיבוד נתונים ותקשורת.
ניתן להשתמש בפלסטיקים שונים כדי לתמוך בדרישות ספציפיות של עלות-ביצועים, וניתן לכוונן את ריכוז חומרי המילוי המתכתיים כדי לספק את רמת המיגון הדרושה. שימוש בפלסטיק קונבנציונלי מחייב הוספת מגן מתכת תוך שימוש בתצהיר, ציפוי, הטבעה או אפשרויות ייצור אחרות המוסיפות מורכבות ועלות.
עד כמה טובים מגני emi מפלסטיק מוליכים?
מיגון EMI פלסטי מוליך יכול לספק רמות ביצועים דומות למיגון מתכת אם נעשה שימוש בפלסטיק הנכון. לדוגמה, אובדן ההחדרה וביצועי הצלבה של שני פלסטיקים מוליכים הושוו לרכיבי מתכת. בתי הפלסטיק הפגינו ביצועים כמעט זהים לחלק המתכתי (איור 2).
<br>
סיכום
פלסטיק מוליך תורם לקיימות מכיוון שהם דורשים פחות אנרגיה לייצור, והם מביאים למיגון קל יותר בהשוואה לאפשרויות מיגון מבוססות מתכת. על ידי כוונון עדין של צפיפות חלקיקי המתכת המפוזרים בפלסטיק ובקרה על תהליך החישול, ניתן לשלוט בביצועי מיגון EMI. זה יכול להיות דומה למיגון המסופק על ידי עיצובים מבוססי מתכת טהורים.
הפניות
בניית מוצרים קלים יותר, פחות יקרים עם פלסטיק מוליכים, קישוריות TE
אנשי קשר עבור פולימרים מרוכבים מוליכים חשמלית, Fraunhofer
חקירת התחום של פלסטיק מוליכים חשמלית, Jamcor
תובנות על פלסטיק מוליכים, דיספציות מודרניות
קישוריות TE משתמשת ב-ALS כדי לשפר פלסטיק מוליכים, מעבדת ברקלי