專利名稱：靜電放電裝置以及制造該裝置的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及導電的和耗散的靜電放電(ESD)裝置，其又稱為抗靜電裝置，并涉及利用可固化不導電基體中的低成本顆粒導電路徑制造所述裝置的方法。
背景技術：
兩個異質(zhì)材料的物體相互摩擦時，電子就會通過摩擦起電方法從一種材料轉移另一種材料。物體成為靜電充電，其中一種材料聚積正電荷，另一種材料聚積負電荷。通過ESD 裝置可實現(xiàn)安全釋放靜電電荷或者防止或最大程度減少其發(fā)生的過程，例如在制造或作業(yè)環(huán)境中。這些裝置有減少人體或設備上的靜電電荷的作用，例如可防止操作易燃液體和氣體時的起火與爆炸，或防止對諸如電子元器件或裝置的靜電敏感物體的破壞。在此使用的術語靜電放電(ESD)裝置包括導電的和耗散的裝置、薄膜和粘合劑。 關于ESD有許多標準。ESD協(xié)會(www. esda. org)發(fā)布了覆蓋電子環(huán)境中的ESD的35種標準。CENELEC發(fā)布了歐洲靜電標準EN 100015-靜電敏感裝置的保護(Protection of Electrostatic Sensitive Devices)。ESD裝置有許多應用領域，例如-ESD包裝裝置，包括薄膜、袋子、和運輸或貯藏時用于容納裝置的剛性結構，裝置例如圖形卡或硬盤驅(qū)動器。這類薄膜還可以用于電池或電容器的生產(chǎn)，形成電池或電容器內(nèi)部的導電阻隔層。-ESD服飾裝置，例如服裝和鞋子，可用于許多工作場所。-ESD試劑或化合物，用于材料或其表面的處理，以減少或消除靜電累積。-ESD墊和地板，從用于鍵盤和鼠標的小墊子到大墊子或整個地板。-ESD工作站和工作面，提供接地的導電路徑，用于與表面接觸的材料上的靜電電位的受控耗散。-ESD零部件，如墊片。術語導電的和耗散的可以寬泛地定義為-導電的電阻為1Κ[Ω] 1Μ[Ω]的材料-耗散的電阻為1Μ[Ω] 1Τ[Ω]的材料靜電放電協(xié)會(Electrostatic Discharge Association)的文獻ESD ADVl. 0-009 提供了適用于本語境的以下定義-導電材料，電阻率表面電阻率低于1χ10Ε5歐姆/平方或體積電阻率低于 1χ10Ε4歐姆-厘米的材料。-導電材料，電阻表面電阻低于1χ10Ε4歐姆或體積電阻低于1χ10Ε4歐姆的材料。-導電地板材料對地電阻低于1.0xl0E6歐姆的地板材料。-耗散地板材料對地電阻為1.0xl0E6 1. 0xl0E9歐姆的地板材料。-耗散材料表面電阻大于或等于1χ10Ε4歐姆但低于IxIOE11歐姆、或體積電阻大于或等于1χ10Ε4歐姆但低于IxlOEl 1歐姆的材料。本發(fā)明涉及導電的和耗散的ESD裝置，對于這些裝置我們使用ESD裝置這一常用術語。術語“抗靜電”也是“靜電放電”的一個常見同義詞，例如在ESD裝置的同義詞“抗靜電裝置”中所使用的；即，我們使用術語ESD裝置，其含義等同于抗靜電裝置。在如抗靜電薄膜以及袋子、鞋子、墊子和地板一類的導電和耗散裝置的生產(chǎn)中，聚合物很適合用在外表面。其它在生產(chǎn)過程中可類似地改變粘度的材料也適合。材料可以制造成可層壓的薄膜或片材，或者制造成可以噴霧在裝置上或?qū)⒀b置浸在其中的液體涂料， 然后通過材料的自發(fā)反應固化，或利用例如熱或紫外光加速固化。含有導電聚合物的材料可以基于聚合物基體和嵌在該基體中的導電顆粒(填料) 的混合物，或基于內(nèi)在導電的聚合物。本發(fā)明感興趣的導電的或耗散的聚合材料基于不導電的聚合物基體和嵌在該基體中的導電顆粒(填料)的混合物；內(nèi)在導電的聚合物也已為人們所知，并可與不導電的聚合物形成合金，以形成導電的或耗散的材料。加入填料會改變聚合物基體的一些本體性質(zhì)。這些改變經(jīng)常是不合要求的，例如， 材料強度與透明度下降以及顏色變化。減少填料含量對于將這些影響減至最低很重要。在本發(fā)明中，聚合物基體可以是粘合劑與導電顆粒；金屬、金屬氧化物、金屬膠體顆粒、或碳顆粒如碳納米管(CNT)。所述材料還可以是方向性導電的。通?？赏ㄟ^將填料與聚合物樹脂混合來生產(chǎn)導電或耗散聚合物薄膜，為了得到導電的混合物，填料的量必須超過滲濾(percolation)閾值。混合體系使用壽命有限，使用之前必須再次混合。常見的問題是即使薄膜或?qū)又圃斐删鶆虻暮穸?，也會有不均勻的導電性?因為填料不會均勻分布。該問題在聚合物物理中已為人們所熟知，起因于填料與聚合物基體的互不相容性，這就意味著只可以有少量的填料與基體混合才能得到穩(wěn)定的混合物。較高的量會隨著時間產(chǎn)生宏觀相分離。因此，該問題在實質(zhì)上是基本問題。此外，針對較高填料量所施用的混合方法必須十分有力，才可以使填料顆粒破碎。US似69881和US 5348784教導了地毯產(chǎn)品的生產(chǎn)，其中導電纖維混合到粘合劑基底中。US 4724187教導用于導電的層壓地板的類似內(nèi)容。US 2005/0206(^8Α1教導了由負載導電材料的樹脂基材料所形成的導電地板， 其包括占導電樹脂總重量20 50重量％的微米尺寸的導電粉末、導電纖維或組合。WO 2010018094A2教導了沒有基底的導電表面的類似發(fā)明。US 4101689教導了導電地板的覆蓋材料，包括一層基本上不導電的熱塑性合成樹月旨，所述層含多個穿透其中的孔，并且由導電材料充填所述孔。US 4944998教導了具有靜電耗散電特性的表面覆蓋乙烯基地板磚產(chǎn)品及其生產(chǎn)方法。US 7060241B2公開了使用能產(chǎn)生導電性和透明度的單壁CNT的導電薄膜。通過將薄膜暴露于剪切步驟，可以使CNT取向。為了不增加導電填料的量就能夠提高信號傳輸能力或耗散放電，導電薄膜可以制造成各向異性。各向異性薄膜還可以設計成使它們在某些方向具有絕緣性能。在EP 1809716中，描述了一種制造基于CNT的方向性導電粘合劑的方法。可以制造具有絕緣基底和起電接觸點作用的平行排列的碳納米管(CNT)的膠帶，其方法包括在向膠帶加入粘合劑部分之前，在用于膠帶的材料上生長碳CNT，或在膠帶上布置CNT。在US 5429701中，描述了兩個層的離散的單個軟磁金屬導體之間如何通過導電粘合劑聯(lián)結導體實現(xiàn)相互的電連接。所述粘合劑含有軟磁金屬顆粒，通過施加磁場，顆?？梢栽趯w之間的區(qū)域聚集。眾所周知，通過電場可以對偶極的剛性不對稱顆?；蚍肿舆M行定向；這尤其可應用于低分子量的液晶。在這些情況下，具有永久偶極矩的材料在正常條件下是流體，這一事實使得有可能進行電場定位。與CNT —樣，不熔的導電碳顆粒知道其定向結構可通過化學蒸氣沉積或旋轉形成。US 68379 中給出了 CNT定向生長的方法。CNT在引導其生長方向的電場中生長， 因此生長過程完成時產(chǎn)生了定向排列的CNT。文獻WO 2006052142中已經(jīng)說明了 CNC與各種材料的混合。在其說明書中，CNC與基體形成了各向同性的混合物。在文獻WO 2008009779中，使用電場在納米顆粒涂層中引起燒結。碳納米錐(CNC)的電場定向排列在Svasand等的Colloids & Surf. A Physicochem. Eng. Aspects 2007 308，67 和 2009 339 211 中已經(jīng)說明。這些文章中顯示， 施加最低50V/mm的場時，分散在硅油中的納米錐材料可以形成微米尺寸的納米錐“纖維”。 為了在合理的時間內(nèi)形成纖維，使用了 400V/mm的場。在 Schwarz 等的 Polymer 2002，43，3079 〃 Alternating electric field induced agglomeration of carbon black filled resins"中，報告了在浸入樹脂的銅電極之間施加400V/cm的場時，低于零場滲濾閾值的炭黑填充樹脂如何可以形成導電的網(wǎng)絡。US 20090038832描述了由分散在可固化聚合物基體中的碳納米管形成具有所要求電阻的電路徑的方法。將電極布置成與分散體接觸，并向碳納米管施加電能，直到達到所要求的電阻。燃燒掉可能是碳納米管混合物一部分的金屬納米管，在沉積后施加電流，可以實現(xiàn)純的半導電連接。固化聚合物基體，以固定裝置。現(xiàn)有技術的缺點是碳納米管非常昂貴，并且難以以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。納米管的分散體難以保存，并且在將分散體涂覆到基底之前要求有特殊的制造步驟，如均化或聲處理。如 US 4101689A所說明的在聚合物基體中穿孔，并用導電材料填充的方法也很復雜。因此，存在對成本效益更好的制造方法的需求，該方法能夠賦予裝置、薄膜和粘合劑均勻的導電性以及改善的機械和光學性能。附圖清單

圖1所示為導電顆粒組件在定向排列前好后的光學顯微圖。圖2所示為分散在粘合劑中的0. 2體積％的CNC顆粒的DC導電率與定向排列時間的關系曲線圖。實線是示意曲線(guide to eye)。圖3所示為在電極(a)和材料(b)之間含電觸點(A-B)和不含電觸點(C-D)的定
向薄膜。圖4所示為UV固化方法的示意圖。圖fe-c以平面內(nèi)幾何結構描繪了定向并固化的導電納米錐粘合劑。
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圖6所示為任意定向排列幾何結構和任意電極形狀的定向材料。圖7舉例說明了 “枝狀的”結構，使導電部件與基體之間的接觸面積最大化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供形成各向異性的導電薄膜或耗散薄膜的方法，所述薄膜包括混合了導電顆粒的不導電基體。本發(fā)明既可用于裝置、薄膜或粘合劑中避免靜電電荷積累，也可用于人或物體被靜電充電時可安全放電的裝置。導電顆粒是不熔性顆粒，如碳顆?；蚪饘兕w粒。導電顆粒表現(xiàn)出低的分子或顆粒各向異性，球形炭黑或碟狀碳顆粒就是這種情況。因此，導電顆粒的主要部分有低的縱橫比；縱橫比范圍為1-4，或1-5，1-10，1-20或1-100是典型的。導電顆?？梢允遣煌碱w粒的混合物。也可以使用其它的導電顆粒。可以使用金屬，如銀，或金屬氧化物顆粒?；w可以是任何類型的聚合物體系，其可以含有一種或幾種組分。尤其可以是熱固性聚合物體系，也就是說基體原來是流體，但是可以通過交聯(lián)固化。所述聚合物可以是粘合劑。它也可以是熱塑性聚合物體系，也就是說聚合物在較低的溫度時是固態(tài)或粘稠的， 但通過增加溫度可以可逆地熔融或塑化。它還可以是溶致的(lyotropic)聚合物體系，也就是說基體可以通過溶劑塑化，并可以通過蒸發(fā)掉該溶劑固化。此時其可以含有高比例的低價填料，可用于生產(chǎn)大體積的ESD裝置，如地板磚。它還可以是這些體系的任何組合。例如，熱固性聚合物體系可以含有用來將其塑化的溶劑，但是穩(wěn)定化處理可以主要基于交聯(lián)， 僅在其次才基于溶劑蒸發(fā)。本發(fā)明的一個要素(element)是導電路徑(conductive path)可以在低電場強度時由如炭黑和碟狀碳顆粒的低分子各向異性顆粒形成。這可簡化生產(chǎn)設備，并且使得能生產(chǎn)更大的表面及更厚的薄膜。炭黑和碟狀碳顆粒比碳納米管(CNT)便宜得多，并可通過工業(yè)方法大批量生產(chǎn)。本發(fā)明的另一個要素是導電顆粒的量可以低于滲濾閾值。這有若干優(yōu)勢，因為僅含少量導電顆粒，混合物更少傾向于宏觀相分離，從而更易于保存。如果可以降低顆粒的量，各向異性導電薄膜的機械強度也可以提高。對于UV固化的薄膜，屏蔽(shielding)顆粒的量較低時，固化方法更有效。類似地，如果可以降低顆粒的量，則薄膜的透明度可以提高。導電顆粒的量較低也是節(jié)約成本的要素。可以在電極之間產(chǎn)生電場，電極既可布置成與層的一個或兩個面直接接觸，或在附加的絕緣層外面，其中絕緣層布置成與第一層接觸；或也可不與層直接接觸。電場的方向可以通過電極排列預先確定，從而可以控制定向?qū)щ婎w粒形成的電連接的方向。通過改變諸如顆?；旌虾蛨龅囊蛩?，可以在生產(chǎn)中控制ESD程度。電場可以為約 0. 01 ;35kV/cm，約 0. 05 20kV/cm，或約 0. 05 5kV/cm 或 0. 1 lkV，尤其是約 0. 1 lkV/cm。也就是說對于典型的IOym Imm的定向排列距離，施加的電壓可以為0. 1 IOOV0電場為交流(AC)電場，但是也可以是直流(DC)電場。典型的場是頻率為IOHz IOOkHz的AC場，典型地為IOHz IOkHz。< IOHz的非常低的頻率或DC場會導致不對稱鏈的形成和累積。實施所述方法要求的低電壓在生產(chǎn)線上易于處理，并且處理高電壓時不要求有必須的特殊安排。因此，本發(fā)明基于以下發(fā)現(xiàn)使用電場可以在流體狀聚合物基體中定向排列導電顆粒，在流體狀聚合物基體中形成導電路徑。所述路徑能夠增強材料的宏觀導電率。尤其是，形成導電路徑可以使材料在含有較少量的導電顆粒時也可變?yōu)閷щ姷?，否則就要求含無規(guī)分布顆粒的材料來產(chǎn)生電接觸。因此可以減少聚合物基體中導電顆粒的量，并且可以比滲濾閾值低多達10倍，或者甚至更低。此外，本方法可產(chǎn)生各向異性的材料和定向的導電率，也即導電率沿定向排列方向比與其垂直方向更高。如果導電路徑變得有缺陷或者在第一步驟中沒有適當定向，還可以修復定向?qū)щ婎w粒路徑，在基體的穩(wěn)定步驟還沒有執(zhí)行或者如果穩(wěn)定步驟是可逆的情況下，可以再次進行定向排列步驟。這有以下優(yōu)點，即對于連接路徑(connection)制備中的現(xiàn)有薄膜，不要求重新開始所述方法?？梢栽诙ㄏ蚺帕泻蟪ゴ蟛糠只蛩械幕w，產(chǎn)生清晰的定向排列的導電顆粒分子線。例如可以通過過熱(例如熱解)或通過化學處理(例如選擇性溶劑)實現(xiàn)脫除。各向異性導電薄膜的制造不要求形成薄膜的樹脂與電極接觸。制造方法可以以連續(xù)方式或分步方式進行。各向異性薄膜可以貼裝到基底上，或者可以是自支撐薄膜。本發(fā)明的導電薄膜可以有導電路徑，因此可以用作電流集電器，并可與導電或不導電的其它薄膜連接。由于電子流可以是單向或雙向的，因此本發(fā)明可以在電池或電容器中用作陽極或陰極。薄膜可以通過熱層壓方法層壓到其它材料上，熱封到其它不導電聚合物，或使用導電粘接劑進行層壓。另一用途是在任何類型的電解質(zhì)溶液中作為阻隔層阻擋電解質(zhì)轉移，或作為任何電池金屬化電極導體的替代物。在本發(fā)明的一個實施方案中，在制成各向異性導電薄膜后從薄膜完全或部分除去樹脂，并且實現(xiàn)含自支撐導電路徑的基底。在另一個實施方案中，聚合物用作粘合劑或用于層壓方法中。
具體實施例方式以下參考實施例和附圖對本發(fā)明進行說明。應當理解，本發(fā)明決不限于這些實施例和附圖。本發(fā)明的方法是制造至少具有一個各向異性導電層的ESD裝置，所述導電層包括基體和導電顆粒的混合物。步驟為a.在ESD裝置的第一表面上涂敷混合物的層，所述混合物具有能使導電顆粒在層內(nèi)重新排列的第一粘度；b.在兩個定向排列電極之間在所述層之上施加電場，以使數(shù)個(a number of)導電顆粒與電場定向排列，因此產(chǎn)生導電路徑；c.將層的粘度改變成第二粘度，所述第二粘度比第一粘度更高，以便使層在機械上穩(wěn)定，并保護(preserve)導電路徑。應當注意，第一表面可以用作定向排列電極，由此不必使用另外的電極。該電極還可以是遠離的，因此可與混合物絕緣。
該方法可以在ESD用裝置生產(chǎn)線中實施；該生產(chǎn)線可以包括以下步驟i.使聚合物樹脂與根據(jù)本發(fā)明的CB混合，形成基體ii.使基體形成薄膜，或?qū)⑽矬w浸在基體中，或?qū)⑵鋰娚匣騼A倒上基體a.對于薄膜，層的厚度為0. 1 5mm，優(yōu)選小于3mm。b.對于薄墊子，層的厚度可直至3cm，優(yōu)選厚度小于2cm。c.對于厚墊子，層的厚度可直至50cm，優(yōu)選厚度小于5cm。iii.施加根據(jù)本發(fā)明的電場iv.使用例如紫外光或熱，使基體固化v.任選減少基體，由此使導電路徑暴露vi.任選重復步驟ii ν該方法還可以在待連接或?qū)訅旱膶щ妼踊蚓€的生產(chǎn)線中實施。所述生產(chǎn)線可以包括以下步驟i.使環(huán)氧與根據(jù)本發(fā)明的CB混合，形成基體ii.使基體形成薄膜或膏體，并且可在層或部件或線之間需要導電性時將其用作膠合劑iii.施加根據(jù)本發(fā)明的電場iv.使用例如紫外光或熱，使基體固化實施例1本實施例涉及導電顆粒和聚合物基體混合物的制備，所述聚合物基體為熱固化聚合物粘合劑。它還顯示導電率為顆粒裝填量的函數(shù)，并且，導電率隨著顆粒裝填量增加而逐步增加的原因可以解釋為，隨著顆粒比例(fraction)增加形成接觸點時，在顆粒之間形成了導電路徑。進一步，本實施例涉及當顆粒裝填量比觀察到的滲濾閾值低，例如低10倍時，所述混合物的制備，所述滲濾閾值為各向同性的非定向混合物不具導電性的極限；并且涉及該混合物使用電場的定向排列，這樣定向顆粒形成導電路徑，產(chǎn)生導電材料，例如低于非定向材料的滲濾閾值，所述導電材料的導電率是方向性的。更進一步，本實施例所示為改變所得到材料的粘度，例如通過固化，這樣可保持在定向排列步驟中得到的定向排列和方向性導電率。所使用的導電顆粒為Alfa Aesar的CB、η-Tec AS (挪威)的CNC材料和 Sigma-Aldrich 的氧化鐵(!^0-! )。所使用的聚合物基體為通過低粘度環(huán)氧樹脂的阿拉代膠Araldite AY 105-1 (Huntsman Advanced Materials GmbH)與 Ren HY 5160(Vantico AG)組合形成的雙組分低粘度粘合劑。將導電顆粒在粘合劑中通過攪拌30分鐘混合。由于混合物的粘度高，有效混合只能在至多20體積％下實現(xiàn)。這些材料的估算滲濾閾值為 2體積％?；旌衔锔哂谠撻撝禃r導電，低于該閾值時絕緣。導電性是由于導電顆粒所致，而聚合物是絕緣體。為了說明定向排列的好處，采用相同材料，并與上述類似進行制備，但使用低10
倍的顆粒裝填量。
圖1使用光學顯微圖說明分散在實施例粘合劑中0. 2體積％的CNC顆粒組合的混合、在電場定向排列和固化之前(圖IA)和之后(圖IB)的情況。圖例所示為實施定向排列(平面外)的幾何結構(圖1C)。該定向排列幾何結構用來覆蓋從ΙΟμπι到幾厘米的導電路徑距離，優(yōu)選到幾毫米。對于平面外的定向排列，2mm χ 3cm寬的材料層被注入到兩個導電層(a)之間。使用AC源對混合物進行定向，得到定向路徑(b)。在本實施例中，使用IkHz AC場 W. 6-4kV/cm(rms值)]的定向排列方法，對于> Imm的電極間距定向10分鐘，對于< Imm 的電極間距定向< 10分鐘。圖2所示為分散在粘合劑中的0. 2體積％的CNC顆粒的DC導電率與定向排列時間的關系曲線圖。實線是示意曲線。然后立即在100°c下進行固化6分鐘。固化后材料保持定向排列，并且保持定向排列得到的導電率水平。實施例2本實施例涉及定向排列條件的多種選擇，并且說明了本發(fā)明如何不但可以與連接到定向材料的電極一起使用，而且可以與和材料在電氣上分離的電極一起使用。該方法在其它方面與實施例1中類似，除了材料不是直接連接到定向排列電極， 而是電極通過絕緣層，例如0. 127mm的Kapton 箔，在電氣上與材料斷開。定向排列的產(chǎn)生與實施例1中完全一樣。該方法可以在定向排列之后除去電極，因此可得到自支撐定向薄膜，即使在基體為粘合劑的情況下。電極不接觸材料時也能發(fā)生定向排列，因此定向排列可以遠距離進行。 當材料與電極在定向排列過程中連續(xù)或分步地彼此相對運動時，可以產(chǎn)生連續(xù)的定向排列處理。圖3所示為在電極(a)和材料(b)之間含電觸點(A-B)和不含電觸點(C-D)的定向薄膜，舉例說明了定向排列設置的三種可能選項。在情況(A)下，定向薄膜在電極之間形成永久連接。在情況(B)下，電極和材料僅松散連接在一起，可在定向排列后移動分開。在情況(C)下，材料與電極之間有絕緣層(c)，甚至在材料為粘合劑的情況下它們也很容易在定向排列后移動分開。在此情況下，得到的材料是由定向?qū)?b)和兩個絕緣層(C)組成的復層。在情況⑶下，定向排列遠距離進行，電極和薄膜的相互位置可以在定向排列過程中另外移動。實施例3本實施例涉及定向排列方法的適用性，定向排列用于特殊的紫外線固化應用。本實施例強調(diào)低的顆粒比例能使材料對于固化用紫外光更透明的優(yōu)點。該方法在其它方面與實施例1或2中類似，除了熱固化的聚合物基體用紫外線可固化的Dymax Ultra Light-Weld 3094粘合劑代替，并用波長300 500nm的紫外光完成固化步驟。圖4舉例說明了平面外幾何結構中0. 2體積％的CNC分散體的定向排列。根據(jù)實施例1的指導(圖4a)形成混合物，但使用RK印刷漆涂布機將其涂布到定向排列電極上，所述涂布機使用移動的鳥型涂布機將粘合層平整到預先確定的厚度(該想法在圖4b中示意性地圖示)。根據(jù)實施例2中概括的方法對混合物進行定向，但上電極通過利用諸如 Kapton (圖4c)的絕緣層不與材料接觸；這使得能在定向排列后除去電極，因此即使在基體為粘合劑的情況下也能得到自支撐的定向薄膜。在定向排列后，除去定向排列上電極，并通過紫外線或藍光固化定向的混合物(圖4d)?？梢匀芜x除去下電極(圖如)，形成完全自支撐的薄膜。圖4還給出了紫外線固化的示意圖。導電顆粒隨可UV固化的聚合物基體(a)分散。使用涂布機(b)在基底上散布該混合物，形成預先確定的層(也起到定向排列電極的作用)。使用下電極和不與材料(c)接觸的另一個上電極，通過電場對材料進行定向。除去上電極，使用光源(UV/vis)固化定向混合物，產(chǎn)生半自支撐的定向薄膜(d)。如果需要，可以進一步除去下電極，得到完全自支撐的定向薄膜(e)。實施例4本實施例涉及定向排列幾何結構的多種選擇，并且舉例說明了本發(fā)明如何不但可用于實施例1所示的幾何結構，而且可用于(i)薄的膜和(ii)平面內(nèi)的幾何結構。本實施例強調(diào)了所述方法的通用原則。材料是相同的，方法類似于實施例1，但使用平面內(nèi)定向排列幾何結構，而不是平面外定向排列幾何結構。對于平面內(nèi)定向排列，通過旋涂或通過塑料抹刀在金屬指桿格柵的Icm χ Icm的面積上涂布 10 μ m厚的層，其中指的厚度和寬度分別為50 200nm和2 10 μ m。指之間的間隔為10 100 μ m。圖5舉例說明了平面內(nèi)幾何結構中的定向并固化的導電CNC粘合劑。圖fe所示為0.2體積％的定向材料的光學顯微圖。示意圖(圖5b)舉例說明了定向排列的設置。在該幾何結構中定向排列典型地在數(shù)秒或數(shù)十秒的時間內(nèi)發(fā)生。在另一個型式中，定向排列電極為電絕緣的。定向排列在不含絕緣層時準確實現(xiàn)。實施例5本實施例涉及定向排列幾何結構的多種選擇，并且舉例說明了本發(fā)明如何不但可用于含形狀明確的扁平電極的平面外和平面內(nèi)幾何結構，而且可用于任意幾何結構和電極形狀的情況。本實施例強調(diào)了所述方法的通用性。本實施例也舉例說明了定向排列不要求有平行于將產(chǎn)生的定向路徑的表面或界面。材料在其它方面相同，并且方法類似于實施例1、2、3或4中，但使用任意的幾何結構和任意的電極形狀，而不是平面外或平面內(nèi)的定向排列幾何結構和扁平的電極。圖6所示為使用任意幾何結構和任意電極形狀時的定向材料的光學顯微圖。實施例6本實施例進一步涉及本發(fā)明的多用性，在制備接觸面積非常大的樹枝型分子表面的電極時使用電場定向排列。方法在其它方面與實施例1、2、2、4或5中類似，除了定向排列在鏈從電極到達電極之前進行封端。圖7所示為這樣得到的含枝狀表面的電極。這可應用于電池或電容器用薄膜的制造。實施例7本實施例涉及實施例1、2、3、4、5或6所說明的方法的材料選擇。適用于所述用于地板的定向排列方法的包括聚氯乙烯樹脂的聚合材料可以是均聚物或共聚物，其組成包括氯乙烯和其它的結構單元，如醋酸乙烯。為了保護聚合材料在加工過程中以及作為地板材料在使用過程中的降解，乙烯基化合物可以進行耐熱和紫外線輻照影響的穩(wěn)定處理，使用例如鋇、鈣和鋅的脂肪酸鹽(soap)；有機錫化合物；環(huán)氧化的大豆油和樹脂酸酯或有機亞磷酸酯。聚合材料可以含有增塑劑，以提供柔韌性并方便加工。一種合適的增塑劑是鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)。其它合適的注塑劑可以包括鄰苯二甲酸丁基芐酯(BBP)、烷基芳基磷酸酯、脂族和芳族醇的其它鄰苯二甲酸酯、氯化烴類、和各種其它的高沸點酯。經(jīng)穩(wěn)定處理并增塑的乙烯基配制物與可變量的無機填料混合，以合理的成本提供質(zhì)量、顏色和厚度。填料可以是碳酸鈣、滑石、粘土和長石粉。白顏料可以為二氧化鈦，著色顏料優(yōu)選為無機的?？梢允褂闷渌奶砑觿?，避免在火災中火焰?zhèn)鞑ズ彤a(chǎn)生煙。這些化合物包括三水氧化鋁、三氧化銻、磷酸鹽或氯化烴類增塑劑、氧化鋅、和硼化合物。含化學膨脹泡沫的緩沖地板可以與偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑摻混。還可以使用各種其它的加工助劑和潤滑劑。填料的量可以低于1重量％或高達80重量％，而乙烯基樹脂、其它樹脂、增塑劑和穩(wěn)定劑可以低于或總計20%。實施例8方法在其它方面與實施例1、2、3、4、5或6中類似，除了定向材料用于生產(chǎn)與地板材料層壓的上層。實施例9方法在其它方面與實施例1、2、2、4、5或6中類似，除了定向材料用作家具或工作站的一部分。實施例10方法在其它方面與實施例1、2、2、4、5或6中類似，除了定向材料用作底墊(shoe) 或襯墊一部分。實施例11方法在其它方面與實施例1、2、2、4、5或6中類似，除了定向材料用作包裝材料的一部分。實施例12方法在其它方面與實施例1、2、2、4、5或6中類似，除了定向材料用作電池或電容器的一部分。實施例13方法在其它方面與實施例1、2、2、4、5或6中類似，除了定向材料制成板材，其厚度可直至5cm，優(yōu)選小于1cm，并且寬度小于10m。然后可以保存所述片材，并將其用于可用于車輛、計算機和打印機的大型部件的生產(chǎn)，例如，通過切割或熱成型。
權利要求
1.制造形成至少一個各向異性的導電層或耗散層的ESD裝置的方法，所述層包括不導電基體和導電顆粒的混合物，其特征在于，a.在ESD裝置的第一表面上施加混合物的層，所述混合物具有能夠使導電顆粒在層內(nèi)重新排列的第一粘度；b.在所述層上的兩個定向排列電極之間施加電場，以使數(shù)個導電顆粒與電場定向排列，由此產(chǎn)生導電路徑；c.將層的粘度改變成第二粘度，所述第二粘度高于第一粘度，以使所述層在機械上穩(wěn)定，并保護導電路徑。
2.權利要求1的方法，其特征在于，基體包括一種或多種聚合物。
3.權利要求2的方法，其特征在于，基體是粘合劑。
4.權利要求1、2或3的方法，其特征在于，至少一個定向排列電極與所述層直接接觸。
5.權利要求1、2或3的方法，其特征在于，定向排列電極與所述層絕緣。
6.前述權利要求之一的方法，其特征在于，電場為約0.05 20kV/cm，或約0. 05 5kV/cm，或 0. 1 lkV，尤其是約 0. 1 lkV/cm。
7.前述權利要求之一的方法，其特征在于，電場為AC場。
8.權利要求1、2、3、4、5、6或7的方法，其特征在于，在第一表面和第二表面之間施加電場。
9.權利要求4、6、7或8的方法，其特征在于，在導電路徑通過所述層到達并連接定向排列電極之前，中斷定向排列步驟。
10.權利要求1和前述權利要求之一的方法，其特征在于，在步驟C之后將基體從所述層完全或部分除去。
11.前述權利要求之一的方法，其特征在于，導電顆粒在層中的濃度低于滲濾閾值。
12.ESD裝置，其包括權利要求1 11之一的導電層。
13.權利要求12的ESD裝置，其特征在于，所述裝置包括導電片材或耗散片材或地板磚。
14.權利要求12或13的ESD裝置，其特征在于，導電顆粒包括炭黑、碳納米盤、碳納米錐、金屬、金屬氧化物、和含膠體金屬的顆粒的一種或多種。
15.權利要求12或13的ESD裝置，其特征在于，基體是熱塑性樹脂，所述樹脂包括聚氨酯、聚氯乙烯、聚烯烴和氯乙烯共聚物和烯烴共聚物的一種或多種。
16.權利要求12或13的ESD裝置，其特征在于，導電層或耗散層的厚度為0.1 5mm， 優(yōu)選小于3mm。
17.權利要求12的ESD裝置，其特征在于，所述裝置是包裝ESD敏感的電子產(chǎn)品的導電薄膜。
18.權利要求12的ESD裝置，其特征在于，所述裝置是ESD襯墊。
19.權利要求12的ESD裝置，其特征在于，所述裝置是片材，其厚度至多50cm，優(yōu)選小于5cm，并且寬度小于10m。
20.權利要求12的ESD裝置，其特征在于，所述裝置是片材，其厚度至多3cm，優(yōu)選小于 2cm，并且寬度小于10m。
21.權利要求12的ESD裝置，其特征在于，所述裝置為用于電池或電容器的薄膜。
全文摘要
本發(fā)明通過施用混合物的層來實現(xiàn)，該混合物包含在第一表面之上的聚合物和導電顆粒，混合物具有能夠使導電顆粒在層內(nèi)重新排列的第一粘度。將電場施加到所述層上，以使數(shù)個導電顆粒與電場定向排列，隨后將層的粘度改變成第二粘度，所述第二粘度高于第一粘度，以使所述層在機械上穩(wěn)定。這將導致具有提升的各向異性導電性的穩(wěn)定的層，其可用于制造ESD裝置。
文檔編號B81B1/00GK102483970SQ201080033253
公開日2012年5月30日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權日2009年6月22日
發(fā)明者A·梅蘭, E·斯瓦桑德, G·赫爾格森, M·克納皮拉, M·布坎南 申請人:孔達利恩股份有限公司