科普 | 导电功能复合材料

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科普 | 储能介质复合材料

最新研发进展评述

导电功能复合材料结合了不同组分各自的优点，赋予了传统金属材料不具备的物理和功能特性，是今后发展的方向。按照使用环境和性能要求不同，导电功能复合材料当前发展方向主要分为金属基导电复合材料和高聚物基导电复合材料和超导材料。

金属基导电复合材料将纤维、颗粒、晶须等增强体分散于金属或合金基体中，将金属良好的韧性、可成型性和高导电导热性与增强体高强度、耐磨抗疲劳、高弹性模量、低热膨胀、辐射屏蔽等性能结合，获得了优良的综合性能。聚合物基导电复合材料具有重量轻、易加工成各种复杂形状、耐腐蚀，以及电导率可在较大范围内调节等特点，可用作电磁屏蔽材料、燃料电池的双极板材料、自限温加热材料、过流保护材料等。聚合物基复合材料是在有机聚合物基体中（PC、PBT、ABS等）添加导电填料，根据逾渗效应获得较高的电导率。根据化学组成，可以将导电填料分为碳素系列、金属及合金系列、金属氧化物系列。碳系填料如碳纤维、炭黑、石墨以及近年来出现的碳纳米管具有密度低、来源广泛、价格低廉等优点，在聚合物基导电复合材料领域得到大量应用。

在实用材料方面，低温超导材料（NbTi，Nb3Sn）已经达到实用水平，而钇系（YBCO）和铋系（BSS-CO）高温超导体也已经取得突破性的进展，得到初步应用。最近几年来，又发现了二硼化镁（MgB2），以及FeAs等新型超导体。基于新超导材料探索，超导机理和超导宏观量子效应（磁通物理）的研究将构成超导研究的重要方面。

国内外对比分析

近二十年来，世界各国竞相开展对颗粒增强金属基复合材料的研究开发，从基体材料、增强颗粒、制备工艺、微观组织、力学性能与断裂特性等方面进行了许多基础性和应用性的研究。弥散强化高性能材料的微观组织及其演变规律、相关理论在不断完善，新工艺技术、新研究热点和方法也不断产生。我国金属基复合材料在优化设计、制备、界面和性能研究、应用研究等方面取得重要进展，已研究出多种金属基复合材料构件用于航天、空间技术领域。

美国对聚合物基导电复合材料的需求量每年以20%~30%的速度递增，发展潜力十分巨大。据报道，国外有人将锌-锡合金用于聚碳酸脂（PC）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、苯乙烯-丁二烯-丙稀腈共聚物（ABS）、聚丙烯（PP）共混，将锌-铝合金用于聚醚醚酮（PEEK）共混制备低熔点合金/聚合物导电复合材料。在国内有多家科研机构亦开展类似研究工作。此外国内也进行了低熔点合金/聚合物复合材料方面的研究，所用的聚合物主要为聚烯烃类通用塑料，采用的低熔点合金主要有Bi-Pb、Sn-Pb合金。将低熔点合金与聚合物复合，可获得所得具有低的逾渗阈值、高的电导率和优良力学性能的复合材料。

美国超导公司（ASC），IGC公司、Conducts公司、Dupont公司，日本住友电工（SEI）、澳大利亚金属制造公司（MM）和德国真空冶炼公司，莫尼黑大学在超导材料及应用进行了大量的研发工作。在我国，“863”计划中提出了研制超导材料与技术的课题，对涉及超导电力领域全面的展开研发，并且取得了一定的成果，逐步与世界水平接轨。

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