พลาสติกพื้นฐานเป็นฉนวนไฟฟ้า แต่หากมีสารเติมแต่งที่เหมาะสม พลาสติกเหล่านั้นก็สามารถกลายเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้ พลาสติกนำไฟฟ้าสามารถนำมาใช้ทดแทนส่วนประกอบที่เป็นโลหะ และปรับปรุงความยั่งยืนในหลายๆ ด้านของโครงสร้างตัวเชื่อมต่อ พวกเขาใช้พลังงานน้อยลงในการประกอบและเบากว่า ซึ่งช่วยลดน้ำหนักของระบบ ซึ่งเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญมากในการใช้งานเช่นรถยนต์ไฟฟ้า (EV) น้ำหนักที่เบากว่ายังช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งและโลจิสติกส์
คำถามที่พบบ่อยนี้จะตรวจสอบระดับการนำไฟฟ้าที่พบในพลาสติกสามระดับ รวมถึงการป้องกันไฟฟ้าสถิต การป้องกันไฟฟ้าสถิต (ESD) และการป้องกันสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) จากนั้นจะดูว่าพลาสติกที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสามารถประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้คาร์บอนแบล็ค เส้นใยคาร์บอน ท่อนาโนคาร์บอน (CNTs) และอนุภาคโลหะได้อย่างไร การใช้ไมโครโตโมกราฟี ALS เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลาสติกที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า และปิดด้วยการเปรียบเทียบประสิทธิภาพการป้องกัน EMI ของพลาสติกที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเทียบกับการป้องกันโลหะทั่วไป
ความต้านทานพื้นผิวมากกว่า 1014 Ohm-cm ถือเป็นฉนวน ความต้านทานสามระดับในพลาสติกนำไฟฟ้าคือ:
- 1012 เพื่อ 106 Ohm-cm ใช้สำหรับป้องกันไฟฟ้าสถิต
- 106 เพื่อ 104 Ohm-cm ใช้สำหรับป้องกัน ESD และ
- ด้านล่าง 104 Ohm-cm ใช้สำหรับป้องกัน EMI
สารเติมแต่งสเตียรอยด์ เช่น เพนตะเอรีทริทอล เตตร้าสเตียเรต (PETS) หรือที่เรียกว่าเพนตะเอรีทริทอลไนเตรตเอสเตอร์ โดยทั่วไปจะใช้เพื่อให้การป้องกันไฟฟ้าสถิต การผลิตพลาสติกที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับการต้องแลกกันระหว่างต้นทุน การนำไฟฟ้า ความแข็งแรงเชิงกล และความสามารถในการใช้งานของวัสดุ นอกจากสารเติมแต่งสเตียเรตแล้ว สารเติมแต่งอื่นๆ ยังมีตั้งแต่คาร์บอนแบล็คไปจนถึงอนุภาคโลหะ
คาร์บอนแบล็กมีราคาไม่แพงและใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้างพลาสติกที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสำหรับการป้องกันไฟฟ้าสถิตและการป้องกัน EMI ที่มีประสิทธิภาพต่ำ
เส้นใยคาร์บอนเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้ดีกว่าคาร์บอนแบล็คและเพิ่มความแข็งแรงเชิงกล พวกเขาผลิตพลาสติกนำไฟฟ้าน้ำหนักเบาที่ใช้สำหรับส่วนประกอบโครงสร้างในการใช้งานด้านยานยนต์และอวกาศ
CNT ใช้ในการผลิตพลาสติกนำไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตและป้องกัน EMI สำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น เซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์
อนุภาคโลหะที่กระจายตัวละเอียด เช่น เงินหรือทองแดง ยังใช้ในการผลิตพลาสติกที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าอีกด้วย พลาสติกเหล่านี้มีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่าเมื่อเทียบกับสารตัวเติมที่มีคาร์บอน และใช้เพื่อป้องกัน EMI สำหรับขั้วต่อและตัวเรือนสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
กำลังดำเนินการเรื่องต่างๆ
การแปรรูปพลาสติกที่เต็มไปด้วยอนุภาคโลหะที่กระจัดกระจายมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้การตรวจเอกซเรย์ด้วยแหล่งกำเนิดแสงขั้นสูง (ALS) เพื่อศึกษาการผลิตพลาสติกที่มีอนุภาคโลหะที่กระจายตัวอย่างประณีต ระบบ ALS ผสมผสานฟลักซ์รังสีเอกซ์และแสงอินฟราเรดที่สูงมากเพื่อจับภาพสามมิติของโครงสร้างภายในของวัสดุที่มีความละเอียดระดับนาโนเมตรหรือไมโครเมตร
ในการทดลองครั้งหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างขั้นตอนการให้ความร้อนแบบพิเศษที่ลำแสง ALS เพื่อให้สามารถสังเกตพลาสติกที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้ที่อุณหภูมิต่างๆ ก่อนการหลอม ส่วนประกอบที่ฉีดขึ้นรูปมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ ในระหว่างการหลอม อนุภาคทองแดงและดีบุกในตัวอย่างจะถูกกระจายซ้ำ และค่าการนำไฟฟ้าดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ การทำความเข้าใจว่าการหลอมช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าได้อย่างไรจะสนับสนุนกระบวนการผลิตที่ดีขึ้น (รูป 1).
ความยืดหยุ่นและความยั่งยืน
นอกจากการปรับปรุงความยั่งยืนแล้ว พลาสติกนำไฟฟ้ายังสนับสนุนความยืดหยุ่นในการออกแบบตัวเชื่อมต่ออีกด้วย สำหรับการใช้งานเช่นระบบยานยนต์ พลาสติกนำไฟฟ้าสามารถให้ความเสถียรต่อสิ่งแวดล้อม สามารถรีไซเคิลได้ ลดน้ำหนัก และสมรรถนะทางกลสูง พลาสติกนำไฟฟ้ายังสามารถรองรับฟอร์มแฟคเตอร์ขนาดเล็กและรูปทรงที่ซับซ้อนซึ่งจำเป็นสำหรับตัวเชื่อมต่อในการประมวลผลข้อมูลและการใช้งานด้านการสื่อสาร
พลาสติกชนิดต่างๆ สามารถใช้เพื่อรองรับข้อกำหนดด้านต้นทุนประสิทธิภาพที่เฉพาะเจาะจงได้ และสามารถปรับความเข้มข้นของสารตัวเติมโลหะได้อย่างละเอียดเพื่อให้มีระดับการป้องกันที่จำเป็น การใช้พลาสติกทั่วไปจำเป็นต้องเพิ่มเกราะโลหะโดยใช้การสะสม การชุบ การปั๊ม หรือตัวเลือกการผลิตอื่นๆ ที่เพิ่มความซับซ้อนและต้นทุน
แผ่นป้องกัน emi พลาสติกนำไฟฟ้าดีแค่ไหน?
แผ่นป้องกัน EMI แบบพลาสติกแบบนำไฟฟ้าสามารถให้ระดับประสิทธิภาพที่เทียบได้กับแผ่นป้องกันโลหะหากใช้พลาสติกที่เหมาะสม ตัวอย่างเช่น การเปรียบเทียบการสูญเสียการแทรกและประสิทธิภาพ crosstalk ของพลาสติกนำไฟฟ้าสองชนิดถูกนำมาเปรียบเทียบกับส่วนประกอบที่เป็นโลหะ ตัวเรือนพลาสติกมีประสิทธิภาพเกือบเหมือนกันกับชิ้นส่วนโลหะ (รูป 2).
สรุป
พลาสติกนำไฟฟ้ามีส่วนทำให้เกิดความยั่งยืนเนื่องจากต้องใช้พลังงานน้อยกว่าในการผลิต และส่งผลให้มีเกราะป้องกันที่มีน้ำหนักเบากว่าเมื่อเปรียบเทียบกับตัวเลือกเกราะป้องกันที่ทำจากโลหะ ด้วยการปรับความหนาแน่นของอนุภาคโลหะที่กระจัดกระจายในพลาสติกอย่างละเอียด และการควบคุมกระบวนการหลอม ทำให้สามารถควบคุมประสิทธิภาพการป้องกัน EMI ได้ สามารถเทียบได้กับการป้องกันจากการออกแบบที่ใช้โลหะบริสุทธิ์
อ้างอิง
สร้างผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำหนักเบาและราคาไม่แพงด้วยพลาสติกนำไฟฟ้า TE Connectivity
หน้าสัมผัสสำหรับพอลิเมอร์คอมโพสิตนำไฟฟ้า Fraunhofer
สำรวจขอบเขตของพลาสติกนำไฟฟ้า Jamcor
ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับพลาสติกนำไฟฟ้า การกระจายตัวสมัยใหม่
TE Connectivity ใช้ ALS เพื่อปรับปรุงพลาสติกนำไฟฟ้า, Berkeley Lab