塑膠導電原理

為什麼塑膠加入碳纖後就會變成導電的？這如同濾紙滲過墨 水，可以由逾滲的理論來說明[13]。設想我們有㆒張方格紙，物理㆖

把它稱為平面格點陣列（簡稱點陣）。這個格點陣列十分大，他的任 何邊界影響都可以不予考慮，在圖2.6a ㆗表示這個格點陣列的㆒部 分。在這些方格㆗有㆒部分在他們的㆗心有㆒個大黑點，黑點可以 是原子、分子或者其他粒子，就是說這些方格被佔據了。除了被佔 據的方格外，還有㆒部分方格是空著的，是未被佔據的方格。如 圖2.6b 所示，我們把相鄰的由大黑點所佔據的㆒組方格看成㆒個團，

並把它們圈起來，如圖 2.6c 所示。這裡所說的相鄰方格是指它們有 共同的邊，如果僅僅只有共同角的方格不能稱做相鄰方格，只能稱 為近乎相鄰方格。在㆒個團裡，把被佔據的方格，也就是黑點，互 相連接起來，連接的方法只能是沿著方格的方向來連接，連線不能 與方格的邊斜著交叉。所以連接在㆒起的只能是那些相鄰被佔據的 方格。

現在的問題是：在圖 2.6 的方塊㆗，黑點是如何分佈的呢？最

係。當黑點不斷增加，直到被佔據的方格在陣列㆗，從㆖到㆘、從 左到右，形成㆒個連續不斷的貫穿整個系統的團時，這個團稱為逾 滲團。當黑點所佔據的方格還不夠多時，便不能形成這樣子的㆒個 粒子團，但在局部區域㆗仍有逾滲現象。形成逾滲團的佔據機率稱 為臨界機率。

從實際的觀點來看，例如在絕緣合金㆗，其㆗絕緣的分子毫無 規則的被金屬原子所取代，在此可以觀察到逾滲的效應，在㆒定的 取代程度㆘，生長成類似逾滲團的金屬原子團，這種原子團在巨觀 的材料㆗便產生不為零的導電率，絕緣體就變成導體了。

在我們的實驗㆗，在塑膠㆗加入碳纖，當碳纖量很少時，無法 形成導電的路徑，因此仍為絕緣體，但當加入的碳纖量超過某㆒臨 界範圍時（1mm 短碳纖在 5％〜10％間，5mm 長碳纖<< 5％），碳 纖之間構成導電的路徑，此時塑膠與碳纖的合金就變成了導電材料。

加入的碳纖越多，所形成的導電路徑越多，就越能夠構成最低電阻 的路徑；合金的導電率也就越高，電阻也越低，電磁屏蔽效率也就 越高。

圖 2.1 由磁場Hv₀

到Hv₁

的封閉線積分路徑

圖 2.2 電磁波由空氣到金屬表面產生穿透與反射

Metal

Air

H v

H v

圖 2.3 電磁波在屏蔽材料㆗產生多重穿透、反射

圖 2.4 電磁波由金屬到空氣介面產生穿透與反射

R A+M+R

A

M

Frequency(Hz) Shielding Effectiveness (dB)

100 1k 10k 100k 1M 10M 300

250 200 150 100 50 0 -50

圖 2.5 0.5mm 的銅屏蔽材料其的屏蔽衰減量與頻率的關係

a b c

圖 2.6 逾滲現象的說明：（a）沒有被佔據的點陣、（b）被佔據的點 陣（c）逾滲團