TiN-Al2O3納米復合材料的導電機理

  TiN-Al2O3納米復合材料是由導電相(TiN)和絕緣相(Al2O3)組成的導電材料，這類材料也稱為添加型導電材料。關于此類材料的導電機理，一般的認為是所謂的滲透作用(Percolation）使材料具有導電能力，所謂的滲透作用，就是導電粒子相互接觸，形成連續的一維、二維、三維網狀結構，從而產生導電作用，當形成導電網絡時，復合材料的電阻率將急劇下降，之后，隨著導電相含量的進一步增加，導電網絡得到進一步完善，復合材料的電阻率會進一步下降，但此時下降的幅度較小。

  為了科學地解釋導電網絡的形成，提出了許多滲透模型和數學方程，主要的滲透模型有統計滲透模型(Statistical percolation models)、熱力學滲透模型(Thermodynamic percolation models)、幾何滲透模型(Geometrical percolation models)和結構趨向滲透模型(Structure-oriented percolation models),在眾多的理論模型中，結構一趨向滲透模型被認為是**合理的一種模型，該模型試圖從材料的微觀結構上解釋材料的導電性能及其影響因素。復合材料的微觀結構如圖1所示。

圖1 TiN-Al2O3納米復合材料的微觀結構

  圖中小黑色圓圈代表導電相TiN，大白色圖形代表基體材料Al2O3。從圖中可以看到，導電相TiN要達到一定的數量才能形成導電網絡，形成導電網絡時，導電相的濃度稱之為臨界滲透濃度。

影響TiN-AI2O3納米復合材料導電性能的因素

TiN含量的影響

  TiN在TiN-Al2O3納米復合材料中的含量是影響其導電性能的**因素，從前面的研究結果可以發現TiN的含量越高，復合材料的電阻率越小，這是因為TiN的含量高時，復合材料中形成的導電網絡越完善，所以復合材料的導電性能越好。

TiN粒度的影響

  當導電相 TiN的含量一定時，粒度越小，顆粒的數量越多，顆粒之間相互接觸的機會越多，越易形成導電網絡，復合材料的導電性能越好，由此我們可以預期，用納米材料作為導電相比用微米材料作導電相得到的復合材料的導電性能更好。研究結果也證實了這一點。

TiN在基體中分布均勻程度的影響

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

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