导电型微胶囊的分类法

导电微胶囊按照导电物质所在的部分不同分为两种：壳层掺杂和芯材导电。壳层掺杂是指将导电物质加入到壳层中，使微胶囊具备导电能力。而芯材导电是指将导电物质作为芯材包覆起来形成微胶囊，当微胶囊破裂起到导电的作用。如图10-6所示。

图10-6　导电型微胶囊的分类

1.壳层掺杂

将导电物质加入到壳层中不可能达到真正的均匀分布。总有部分带电粒子相互接触而形成链状导电通道，使微胶囊得以导电。另一部分导电粒子则以孤立粒子或小聚集体形式分布在绝缘体的壳层基体中，基本上不参与导电。孤立粒子或小聚集体之间相距很近，中间只被很薄的聚合层分开，由于热振动而被激活的电子就能通过壳层界面所形成的势垒而跃迁到相邻导电粒子上形成较大的隧道电流；或者导电离粒子间的内部电场很强时，电子将有很大的概率飞跃聚合物界面势垒到相邻导电粒子上，产生场致发射电流，这时壳层界面层就起着相当于内部分布电容的作用，导电微胶囊的导电机构模型如图10-7所示。

图10-7　壳层掺杂的导电机构模型

导电物质在微胶囊的壳层加入分为物理掺杂和化学掺杂。由于导电物质既不属于油溶性物质也不属于水溶性物质。为了使导电物质与壳层具有共同的极性，会对导电物质进行预处理，如图10-8（a）所示。物理掺杂：澜云巨合成了以二十烷为芯材、甲醛-三聚氰胺-尿素为壳层的微胶囊，此外在壳层中纳米银颗粒。经测试发现当电路与这些导电微胶囊结合时，其电阻率比与绝缘微胶囊结合时低至少70%。另外，当掺入20%体积的导电微胶囊时，在受损电路的电流中获得高于90%的恢复效率。宋青文通过原位聚合法制备以氨基树脂为壳层，以溴十六烷（PCM BrC16）为芯材，通过物理掺杂法加入银颗粒形成具有导电能力的微胶囊。陈玲采用原位聚合法合成了以石蜡为核，以三聚氰胺-甲醛（MF）为壳的新型相变微胶囊，纳米氧化铝（纳米Al2O3）颗粒通过纳米Al2O3与MF预聚物的混合分散在壳中。此外，由于Fe型颗粒不仅使微胶囊具备导电能力，Fe本身还具有磁性导致微胶囊具备电磁屏蔽能力。M.Kooti将银纳米颗粒固定在聚苯胺壳的表面上，制备了由CoFe2O4，聚苯胺（PANI）和纳米银组成的新型磁响应三组分纳米复合微胶囊。CoFe2O4/PANI与银纳米颗粒的复合型微胶囊可增强其电导率以及催化和抗菌活性。张赛以羧基官能化聚苯乙烯（PS）颗粒为芯材，壳聚糖为壳层，并将氧化铁纳米颗粒掺入壳聚糖中，制备了生物相容性和可生物降解的壳聚糖电磁性微胶囊。(www.xing528.com)

图10-8　壳层掺杂的原理

化学掺杂分为两种，一是将导电离子通过化学反应生产导电颗粒在壳层表面或其中；二是对导电颗粒表面加上碳链或者羧基，如图10-8（b）所示。孙志成将聚苯胺（PANI）和多分散化学转化氧化石墨烯[离子液体-氧化石墨烯杂化纳米材料（ILs-GO）]附着在微胶囊壳层发现，虽然PANI/ILs-GO的表面涂层增加了相应的粒径及其分布范围，但是在聚苯胺涂层中添加ILs-GO可以显著改善微囊的导电性。此外，将阻燃剂掺入微胶囊的PANI/ILs-GO壳层中，可使微胶囊在具有良好导电的同时也显示出一定的阻燃能力。George 通过氧化聚合将噻吩改性为3-n十二烷基噻吩接枝到微胶囊上。经研究发现，共轭聚合物接枝后的微胶囊可提供功能强大的光敏和电敏能力。李敏为了赋予微胶囊导电性，使用了硬脂醇接枝的碳纳米管（CNTs-SA）来制备微胶囊。与常规的微胶囊相比，具有4%CNTs的微胶囊具有良好地导电性能。朱亚林在包含正十八烷的二氧化硅纳米胶囊上进行多巴胺表面活化，然后在试剂作用下化学镀银，形成导电微胶囊。孙志成在以异戊烷、正己烷、异辛烷等为芯材的微胶囊表面沉积一层聚苯胺（PANI），使得微胶囊不仅具备了抗静电、导电能力，还具备吸收噪声的能力。Krystyna通过将聚吡咯光化学沉积到分散在仿溴中的水滴表面上制备出微米级的导电微胶囊。

2.芯材导电

芯材导电是以导电溶液作为芯材，通过壁材将芯材包覆起来形成的导电微胶囊。当微胶囊破裂通过挤压或者切割释放出芯材时，微胶囊导电，如图10-9所示。Mary 通过脲醛的原位乳化聚合反应将悬浮在氯苯（PhCl）和苯乙酸乙酯（EPA）中的单壁纳米管（SWNT）掺入微胶囊中。通过机械破裂后，微胶囊释放SWNT具有导电能力。Odom将包含稳定的碳纳米管和/或石墨烯薄片的悬浮液包覆于壳层内形成导电微胶囊，从微胶囊芯材中释放碳纳米管和/或石墨烯悬浮液具有导电能力。由于在温度为16 ℃时，共晶镓铟（Ga-In）液态金属拥有相对较高的电导率为3.40×104 S/cm。因此，Blaiszik将共晶镓铟（Ga-In）液态金属包覆于微胶囊中，当微胶囊破裂时将释放出共晶镓铟（Ga-In）液态金属使微胶囊具有导电能力。

图10-9　芯材导电原理