碳纳米管填料的纳米ICA制备方法优化

10.2.6.1 以碳纳米管为填料的纳米ICA的机械性能和导电能力

商用银填料导电胶的密度约为4.5g/cm³。金属填充的ECA以其低温下加工简易并且无毒耐腐的优点，成为锡焊以外的另一种选择。传统金属填充导电胶的缺点在于，填料的含量升高会降低机械强度和性能，而含量的降低会使电导率下降。CNT是碳的另一种形态，最早由日本NEC公司的Iijima^[20]于1991年提出。纳米管是由一层石墨滚成的非常准确的圆柱体。除了生长单壁碳纳米管（Sigle-Walled CNT，SWCNT），还有多壁碳纳米管（Multi-Walled CNT，MWCNT）———圆柱体中包含其他的圆柱体。CNT的直径一般为1～5nm，长度一般为10～100μm，少数可能会到几毫米。CNT每边都有一半由5到6圈组成的富勒烯盖。可以沿着壁面和盖顶增加额外的分子，来调整碳纳米管的性能。CNT是手性结构（chiral structure），具有一定程度的弯转从而使石墨环形成圆柱体。其手性特征决定纳米管将是导体或半导体。CNT具有很多引人注目的特征。实验测得金属CNT的导电性都在10⁴S/cm范围内^[21]。同时，在常温下其热导率高达6600W/（m·K）^[22]。CNT的杨氏模量为1TPa；最大拉伸强度接近30GPa，也有报道达到1TPa^[23]。MWCNT的密度为2.6g/cm³。SWCNT由于手性不同，其密度范围^[24]在1.33～1.40g/cm³。由于低密度和较大的纵横比，使得CNT有望在极低重量下，降低渗透阈值。

Li和Lumpp^[25]采用MWNT研制了一种基于环氧基的新型导电胶，其配制剂和处理方法都得到了改进。研究表明，超声混合工艺可使CNT更均匀并能优化接触点性能，从而成功降低导电电阻^[25]。随着CNT填料的增加，导电胶的接触电阻和体积电阻系数都有所下降。采用由Li的试验测得MWNT的渗透阈值为3wt%时，它的平均接触电阻和普通锡焊料差别不大。研究同样发现，在高频振动下，CNT填充的导电胶可与普通锡焊料相媲美。使用CNT代替金属颗粒填料，可以保留更多的机械强度。比如，当CNT含量为0.8wt%，聚合物80%的切变强度都被保留了下来；而传统金属填充导电胶在0.8wt%时，只有28%的切变强度被保留下来。

由Qian等人^[26]的实验表明，用聚苯乙烯为复合材料，其弹性模数增加36%～42%，抗拉强度增加25%。由实验的TEM观察得出，在性能较差的CNT聚合物接口处和低CNT密度区域，裂缝产生较多。如果MWCNT的外表面可以由聚合体形成较强的化学键，则它的机械强度又将得到提升，并且能够对热学性能和电学性质进行控制。10.2.6.2 增加CNT含量对ICA电学性能的影响(www.xing528.com)

Lin和Lin^[27]通过实验研究在银填料中添加CNT对粘合剂导电性能的影响。实验发现，当银填料含量低于渗透阈值时，CNT的添加可以大大提高粘合剂导电性能。比如，66.5wt%的银填充导电胶的电阻率为10⁴Ω·cm，但是当加入0.27wt%的CNT时电阻率为10^-3Ω·cm。因此可以加入少量CNT填料来代替银质填料，提高粘合剂导电性能。10.2.6.3 经过表面处理的CNT填料

尽管CNT拥有优越的物理性能，但是由于碳表面的化学性质，它很难与其他材料融合。这就必须解决相位差、聚合、低扩散性和对主体较差的粘附性等问题。Zyvex声明，表示他们已经通过一种新的表面处理技术使CNT和主体表面得到优化^[28]，从而解决了以上的问题。CNT壁面和主体材料之间可以通过一种多功能桥梁有效地连接起来。通过比较经过处理和未经处理的断裂性，可以证实这种桥梁的有效性。观察发现，未经过处理的纳米管与主体之间的相互作用力很小，并在折断后留下空隙。但是经过处理的纳米管即使在折断后，仍然很好地与主体相互接触，这表明了它们之间存在很强的相互作用力。由于处理过的纳米管在母体聚合物中有较好的扩散性，所以相比未经处理的纳米管，它可以以更低的含量达到相同的导电效果^[28]。