В этой статье я расскажу о теории перколяции - основе для создания электропроводящих клеев и предложу несколько рецептов электропроводящего клея.
Из физики мы знаем что металлы очень хорошо проводят электрический ток, а полимеры - основа всем известных лаков, очень плохо. А что будет если взять порошок какого нибудь металла, например меди и смешать с лаком? Будет ли проводить ток такая композиция?
Если взять порошка немного, то скорее всего проводить не будет. Сопротивление будет на уровне десятков или сотен мегаом. А если насыпать чуть больше, сопротивление станет меньше? Как ни парадоксально, но сопротивление не изменится.
И только если насыпать порошка больше так называемого порога "перколяции", сопротивление резко, скачком уменьшится. Это явление называется перколяция или в переводе на русский - протекание.
Перколяция это не только прохождение электрического тока, но и просачивание воды или нефти в почве и породе, распространение инфекций, компьютерных вирусов и многих других явлений.
Интерес к таким явлениям возбудил математик, профессор Де Волсон Вуд в 1894 г. Он предложил задачу об укладки белых и черных шаров в ящик таким образом, чтобы на всех сторонах были и белые и черные шары.
Само понятие "перколяция" ввели британские физики Д. Бродбент и Дж. Хаммерсли в 1957 г. Они решили эту задачу в двумерном варианте. Они взяли медную сетку, припаяли к противоположным сторонам проводки, подключили к ним батарею и амперметр и стали вырезать ножницами маста соединения проводов сетки (узлы).
Узлы они выбирали случайно с помощью игральных костей. Было ли это целенаправленное исследование или история из цикла физики шутят, достоверно не известно. Но испортив немало медной сетки они обнаружили вот что. Вне зависимости от последовательности перерезания узлов, при определенном их количестве ток в цепи исчезает.
И отношение перерезанных узлов к их общему количеству они назвали порогом перколяции и это число при достаточно большой сетке было постоянным. Посмотрим что происходит в нашем случае.
Представим, что частички меди как бы висят в нашем полимере. Если их не много, то они изолированы друг от друга или образуют скопления (кластеры) так же изолированы друг от друга. ток не может течь.
Если мы будем добавлять порошок, будет увеличиваться количество кластеров, они будут соединяться между собой, но все равно будут изолированы от электродов. И вот, при определенной концентрации возникнет один длинный кластер, который замкнет электроды!
Потечет ток и лампочка загорится. А что если добавлять порошок еще и еще? Будет увеличиваться количество таких проводящих или перколяционных кластеров. Сопротивление при этом будет уменьшаться, но уже не так сильно. Так что нет смысла тратить порошок впустую.
Но так происходит в теории. на практике все гораздо сложнее. Вот как например зависит сопротивление композиций, наполненных порошком карбида титана. Рисунок взят из одной моей статьи, полный текст можно взять здесь.
Электропроводность таких систем зависит от множества факторов: вида порошка, размеров частиц, фракционного состава, состояния его поверхности, вида лака и т.д и т.л. Так что так просто электропроводящий клей создать нельзя. Один из моих читателей предлагал насыпать медного порошка в эпоксидку. Попробуйте и вы удивитесь результату :).
Конечно, самый лучший материал для электропроводящего клея это серебро. оно не окисляется на воздухе, по проводимости лучше золота и не настолько дорогой как золото. Можно взять медь, железо или никель. Но порошки должны быть "свежими", не окисленными.
Можно использовать и графит, но его электропроводность намного меньше чем у металлов и получить малое сопротивление не получится. Но его можно использовать как добавку к порошку.
Так же тщательно нужно выбирать и лак. Подходит нитроцеллюлозный или кедровый, кремнийорганический лак, а вот лак ХВ-784 не подходит совершенно.
Эпоксидная смола с металлическими порошками не проводит совершенно. Но если нагреть такую композицию до температуры 200 - 250 С, то как ни странно проводимость появляется. А вот графит с эпоксидной смолой проводит достаточно хорошо и можно добиться сопротивления на уровне десятков и сотен Ом.
Итак, вот несколько проверенных рецептов электропроводящего клея.
№ 1.
- Порошок меди 4 весовых частей
- Порошок графита 2 весовых частей
- Нитроцеллюлозный лак 2 весовых частей
- Растворитель, ацетон добавляется до необходимой вязкости.
№ 2.
- Порошок графита 2 весовых частей
- Лак ХВ-784 1 весовая часть
- Растворитель Р646 или аналогичный до необходимой вязкости.
№ 3
- Порошок графита 2-4 весовых частей
- Эпоксидная смола (с отвердителем) 1 весовая часть
- Растворитель Р646 до необходимой вязкости.
№ 4
- Порошок меди 4 весовых частей
- Порошок графита 1 весовая часть
- Эпоксидная смола с отвердителем 1 весовая часть
- Растворитель Р646 до нужной вязкости.
Итак, в этой статье мы с вами разобрались как и почему проводят электропроводящие клеи и как сделать его самому в домашних условиях.
Ну и предвидя ваши комментарии, что дескать проще купить токопроводящий клей чем делать самому, привожу ссылку где его можно купить.
Ну и как обычно, ставим лайк если статья была полезна, пишем свое мнение в комментариях, подписываемся на канал!