TiN-Al2O3納米復(fù)合材料的導(dǎo)電機(jī)理

  TiN-Al2O3納米復(fù)合材料是由導(dǎo)電相(TiN)和絕緣相(Al2O3)組成的導(dǎo)電材料，這類材料也稱為添加型導(dǎo)電材料。關(guān)于此類材料的導(dǎo)電機(jī)理，一般的認(rèn)為是所謂的滲透作用(Percolation）使材料具有導(dǎo)電能力，所謂的滲透作用，就是導(dǎo)電粒子相互接觸，形成連續(xù)的一維、二維、三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生導(dǎo)電作用，當(dāng)形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，復(fù)合材料的電阻率將急劇下降，之后，隨著導(dǎo)電相含量的進(jìn)一步增加，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)得到進(jìn)一步完善，復(fù)合材料的電阻率會(huì)進(jìn)一步下降，但此時(shí)下降的幅度較小。

  為了科學(xué)地解釋導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，提出了許多滲透模型和數(shù)學(xué)方程，主要的滲透模型有統(tǒng)計(jì)滲透模型(Statistical percolation models)、熱力學(xué)滲透模型(Thermodynamic percolation models)、幾何滲透模型(Geometrical percolation models)和結(jié)構(gòu)趨向滲透模型(Structure-oriented percolation models),在眾多的理論模型中，結(jié)構(gòu)一趨向滲透模型被認(rèn)為是**合理的一種模型，該模型試圖從材料的微觀結(jié)構(gòu)上解釋材料的導(dǎo)電性能及其影響因素。復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 TiN-Al2O3納米復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)

  圖中小黑色圓圈代表導(dǎo)電相TiN，大白色圖形代表基體材料Al2O3。從圖中可以看到，導(dǎo)電相TiN要達(dá)到一定的數(shù)量才能形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，導(dǎo)電相的濃度稱之為臨界滲透濃度。

影響TiN-AI2O3納米復(fù)合材料導(dǎo)電性能的因素

TiN含量的影響

  TiN在TiN-Al2O3納米復(fù)合材料中的含量是影響其導(dǎo)電性能的**因素，從前面的研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)TiN的含量越高，復(fù)合材料的電阻率越小，這是因?yàn)?/span>TiN的含量高時(shí)，復(fù)合材料中形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)越完善，所以復(fù)合材料的導(dǎo)電性能越好。

TiN粒度的影響

  當(dāng)導(dǎo)電相 TiN的含量一定時(shí)，粒度越小，顆粒的數(shù)量越多，顆粒之間相互接觸的機(jī)會(huì)越多，越易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，復(fù)合材料的導(dǎo)電性能越好，由此我們可以預(yù)期，用納米材料作為導(dǎo)電相比用微米材料作導(dǎo)電相得到的復(fù)合材料的導(dǎo)電性能更好。研究結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。

TiN在基體中分布均勻程度的影響

  由于導(dǎo)電相顆粒在基體材料中分布得越均勻，顆粒的團(tuán)聚越少，顆粒的數(shù)量也就相對(duì)的越多，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的概率越大，并且形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)越完善，復(fù)合材料的導(dǎo)電性能也就越好。前面的研究結(jié)果表明，用原位復(fù)合法制備的復(fù)合材料的導(dǎo)電性能比用球磨混合法制備的復(fù)合材料的導(dǎo)電性能要好，這是由于原位復(fù)合法能使TiN粒度更加均勻的分布在A2lO3基體中，減少了團(tuán)聚，在相同含量、相同粒度的條件下，TiN顆粒的數(shù)量相對(duì)增加了，顆粒之間相互接觸的機(jī)會(huì)增加了，容易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)或形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更加完善，從而提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。

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二氧化鉿-二氧化鋯-二氧化鈦三元氧化物的氮化硅復(fù)合材料    

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納米二氧化硅-納米氮化硅復(fù)合材料    

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石墨烯/多孔氮化硅復(fù)合材料    

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氮化硅/碳化硅陶瓷復(fù)合材料    

碳納米管增韌氮化硅陶瓷復(fù)合材料Si3N4-Al2O3-Y2O3-MgO    

氮化硅-氮化硼系復(fù)合材料Si3N4-BN    

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