Plastik asas adalah penebat elektrik, tetapi dengan bahan tambahan yang sesuai, ia boleh menjadi konduktif. Plastik konduktif elektrik boleh digunakan untuk menggantikan komponen logam dan meningkatkan kemampanan dalam beberapa bidang pembinaan penyambung. Mereka mengambil lebih sedikit tenaga untuk mengarang dan lebih ringan, mengurangkan berat sistem, satu pertimbangan yang sangat penting dalam aplikasi seperti kenderaan elektrik (EV). Beratnya yang lebih ringan juga mengurangkan pelepasan gas rumah hijau yang berkaitan dengan pengangkutan dan logistik.
Soalan Lazim ini mengkaji tiga tahap kekonduksian yang terdapat dalam plastik, termasuk perlindungan anti-statik, perlindungan nyahcas elektrostatik (ESD) dan perisai gangguan elektromagnet (EMI). Ia kemudian melihat bagaimana plastik konduktif elektrik boleh dibuat menggunakan karbon hitam, gentian karbon, tiub nano karbon (CNT), dan zarah logam, penggunaan mikrotomografi ALS untuk mengoptimumkan fabrikasi plastik konduktif dan ditutup dengan perbandingan prestasi perisai EMI plastik konduktif berbanding pelindung logam konvensional.
Kerintangan permukaan lebih daripada 1014 Ohm-cm dianggap sebagai penebat. Tiga tahap kerintangan dalam plastik konduktif ialah:
- 1012 untuk 106 Ohm-cm, digunakan untuk perlindungan anti-statik,
- 106 untuk 104 Ohm-cm, digunakan untuk perlindungan ESD, dan
- Di bawah 104 Ohm-cm, digunakan untuk perisai EMI.
Aditif sterat seperti pentaerythritol tetrastearate (PETS), juga dipanggil pentaerythritol nitrate ester, biasanya digunakan untuk memberikan perlindungan anti-statik. Menghasilkan plastik konduktif melibatkan pertukaran antara kos, kekonduksian, kekuatan mekanikal dan kebolehkerjaan bahan. Sebagai tambahan kepada bahan tambahan sterat, bahan tambahan lain terdiri daripada karbon hitam kepada zarah logam.
Karbon hitam adalah murah dan digunakan secara meluas untuk mencipta plastik konduktif untuk perlindungan anti-statik dan perisai EMI berprestasi rendah.
Gentian karbon lebih konduktif daripada karbon hitam dan menambah kekuatan mekanikal. Mereka menghasilkan plastik konduktif ringan yang digunakan untuk komponen struktur dalam aplikasi automotif dan aeroangkasa.
CNT digunakan untuk menghasilkan plastik konduktif dengan sifat perisai anti-statik dan EMI untuk komponen elektronik seperti penderia dan penggerak.
Zarah logam bertaburan halus seperti perak atau kuprum juga digunakan untuk menghasilkan plastik konduktif. Plastik ini mempunyai kekonduksian elektrik yang lebih tinggi berbanding pengisi berasaskan karbon dan digunakan untuk menyediakan perisai EMI untuk penyambung dan perumah bagi peranti elektronik.
Urusan pemprosesan
Pemprosesan plastik yang diisi dengan zarah logam tersebar mempunyai kesan yang besar terhadap prestasi. Para saintis telah menggunakan mikrotomografi sumber cahaya lanjutan (ALS) untuk mengkaji fabrikasi plastik dengan zarah logam yang tersebar halus. Sistem ALS menggabungkan fluks sinar-X dan cahaya inframerah yang sangat tinggi untuk menangkap imej tiga dimensi struktur dalaman bahan dengan resolusi nanometer atau mikrometer.
Dalam satu eksperimen, saintis membina peringkat pemanasan khas pada garis pancaran ALS supaya mereka boleh memerhati plastik konduktif pada pelbagai suhu. Sebelum penyepuhlindapan, komponen acuan yang disuntik mempunyai kekonduksian yang lemah. Semasa penyepuhlindapan, zarah kuprum dan timah dalam sampel telah diagihkan semula dan kekonduksian elektrik bertambah baik dengan ketara. Memahami cara penyepuhlindapan meningkatkan kekonduksian akan menyokong proses fabrikasi yang lebih baik (Rajah 1).
Fleksibiliti dan kemampanan
Selain meningkatkan kemampanan, plastik konduktif menyokong fleksibiliti yang lebih besar dalam reka bentuk penyambung. Untuk aplikasi seperti sistem automotif, plastik konduktif boleh memberikan kestabilan alam sekitar, kebolehkitar semula, penjimatan berat dan prestasi mekanikal yang tinggi. Plastik konduktif juga boleh menyokong faktor bentuk kecil dan geometri kompleks yang diperlukan untuk penyambung dalam pemprosesan data dan aplikasi komunikasi.
Plastik yang berbeza boleh digunakan untuk menyokong keperluan prestasi kos tertentu, dan kepekatan pengisi logam boleh diperhalusi untuk menyediakan tahap perisai yang diperlukan. Menggunakan plastik konvensional memerlukan penambahan perisai logam menggunakan pemendapan, penyaduran, pengecapan atau pilihan fabrikasi lain yang menambah kerumitan dan kos.
Seberapa baik perisai emi plastik konduktif?
Perisai EMI plastik konduktif boleh memberikan tahap prestasi yang setanding dengan perisai logam jika plastik yang betul digunakan. Sebagai contoh, kehilangan sisipan dan prestasi crosstalk dua plastik konduktif dibandingkan dengan komponen logam. Perumah plastik menunjukkan prestasi yang hampir sama dengan bahagian logam (Rajah 2).
Ringkasan
Plastik konduktif menyumbang kepada kemampanan kerana ia memerlukan kurang tenaga untuk menghasilkan, dan ia menghasilkan perisai yang lebih ringan berbanding pilihan perisai berasaskan logam. Dengan memperhalusi ketumpatan zarah logam yang tersebar dalam plastik dan mengawal proses penyepuhlindapan, prestasi perisai EMI boleh dikawal. Ia boleh dibandingkan dengan perisai yang disediakan oleh reka bentuk berasaskan logam tulen.
Rujukan
Membina Produk Lebih Ringan, Kurang Mahal dengan Plastik Konduktif, Ketersambungan TE
Kenalan untuk Komposit Polimer Pengalir Elektrik, Fraunhofer
Meneroka Alam Plastik Konduktif Elektrik, Jamcor
Pandangan tentang Plastik Konduktif, Dispesi Moden
Ketersambungan TE Menggunakan ALS untuk Memperbaik Plastik Konduktif, Berkeley Lab