成冰层，但是这些小冰块之间存在着大量的空气间隙，因此所形成冰层的密度远远要比水膜 所形成冰层的密度要小。冰层密度的减小也减少了涂层表面的覆冰量。28-29， 2.2半导体电热涂料的发热机理 2.2.1半导体涂料的制备方法 导电涂料按照组成和导电机理的不同可分为两大类：一类是结构型导电涂料，另一类是 掺合型导电涂料。结构型导电涂料以本身具有导电性的高聚物为基本成膜物质，以高聚物自 身的导电功能使涂层具有导电性能，如聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯等物质。掺合型导电涂料主 要是通过在绝缘高聚物中掺入导电性填料，如金属微粒、碳系微粒等物质使本身不导电的高 聚物具有导电性能，这种导电性能并非高聚物本身固有的特性，其导电过程是依靠导电填料 所提供的自由电子载流子实现的，这种导电涂料是目前使用最为广泛的种类。[032刘] 我决定利用第二种方法，将纳米ATO(锑掺杂氧化锡)加入到涂料的成膜物质中，使涂料 具有半导电性。纳米ATO具有良好的导电性、稳定性和耐候性，在高电压、高电场强度的 情况下仍能具备稳定的性能，因此能够延长电热涂料的寿命。B3刘 2.2.2半导体涂料的导电机理 掺和型导电涂料是在本身绝缘的各种成膜物质中掺入导电填料，使涂料具有导电性能， 这种导电性能并不是成膜物质所固有的特性，其导电过程是由导电填料提供载流子来实现的。 其导电机理可以由渗流作用、隧道效应、热膨胀来解释。3536) 1)渗流理论 渗流理论，又称导电通道学说。在涂层中填充导电填料，只有当导电粒子的填充量大到某一 特定值时，才有电流流经的通道，涂层才具有导电性，此特定值称为渗流临界值。此时，体 系内的导电微粒便会“列队”形成一个无限导电网链，导电微粒相互连接，形成一个导电桥， 使自由载流子从高聚物的这一端经过“桥”达到另一端，从而使绝缘体变成半导体或导体。 而在导电填料体积分数小于渗流临界值时，载流子流通的通道完全被绝缘性聚合物“堵塞”， 此时涂层的电阻基本上是绝缘性聚合物的电阻。 2)隧道效应 自由载流子在一定条件下跃过聚合物薄层使涂层导电的机制主要是量子力学的隧道效应。当 两个导电粒子之间的非导电绝缘层很薄时，电子在外界电场作用下越过非导电绝缘层的势垒 而流动的现象称为隧道效应。量子力学隧道效应给出了宏观现象的微观解释，因为隧道效应 只有在两个导电粒子非常接近时，非导电绝缘层非常薄时，电子才能越过非导电绝缘层的势 垒，涂层的导电性才能发生突变。因此，在导电粒子含量在渗流临界值以前时，涂层的导电 性主要是由量子力学隧道效应控制的：在渗流临界值后，涂层的导电性能是由导电粒子的欧 姆导电作用决定的。 3)热膨胀 聚合物的热膨胀系数通常比导电填料的热膨胀系数大得多。因此，可以推断涂料中导电填料 粒子之间的距离是随温度显著变化的。在某一温度下，导电粒子含量在渗流临界值以上的导 电涂料具有导电性，但当温度升高时，聚合物的热膨胀会使导电粒子间距增大到不能产生隧 道效应，从而使涂料的导电性能下降，其电阻率甚至可以增加几个数量级。 2.2.3半导体涂料对覆冰的影响 由于涂层具有半导电特性，因此降低了陶瓷绝缘子两极之间的绝缘电阻，在通电运行的时 候涂层流过泄漏电流产生焦耳热，提高绝缘子的表面温度。绝缘子本身的陶瓷介质在强电场 中也会产生介质损耗发热。在保证绝缘子的绝缘性能条件下，提高绝缘子的发热有利于防止 表面覆冰的形成。绝缘子的总发热量由介质损耗所产生的发热量与泄漏电流产生的焦耳热。 由于介质损耗是基本不变的，因此可以通过提高泄露电流产生的焦耳热使得绝缘子的表面温 第4页共8页第4页共 8 页 成冰层,但是这些小冰块之间存在着大量的空气间隙,因此所形成冰层的密度远远要比水膜 所形成冰层的密度要小。冰层密度的减小也减少了涂层表面的覆冰量。[28-29] 2.2 半导体电热涂料的发热机理 2.2.1 半导体涂料的制备方法 导电涂料按照组成和导电机理的不同可分为两大类：一类是结构型导电涂料，另一类是 掺合型导电涂料。结构型导电涂料以本身具有导电性的高聚物为基本成膜物质，以高聚物自 身的导电功能使涂层具有导电性能，如聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯等物质。掺合型导电涂料主 要是通过在绝缘高聚物中掺入导电性填料，如金属微粒、碳系微粒等物质使本身不导电的高 聚物具有导电性能，这种导电性能并非高聚物本身固有的特性，其导电过程是依靠导电填料 所提供的自由电子载流子实现的，这种导电涂料是目前使用最为广泛的种类。[30-32] 我决定利用第二种方法，将纳米 ￾⽐O（锑掺杂氧化锡）加入到涂料的成膜物质中，使涂料 具有半导电性。纳米 ￾⽐O 具有良好的导电性、稳定性和耐候性，在高电压、高电场强度的 情况下仍能具备稳定的性能，因此能够延长电热涂料的寿命。[33-34] 2.2.2 半导体涂料的导电机理 掺和型导电涂料是在本身绝缘的各种成膜物质中掺入导电填料，使涂料具有导电性能， 这种导电性能并不是成膜物质所固有的特性，其导电过程是由导电填料提供载流子来实现的。 其导电机理可以由渗流作用、隧道效应、热膨胀来解释。[35-36] 1) 渗流理论 渗流理论，又称导电通道学说。在涂层中填充导电填料，只有当导电粒子的填充量大到某一 特定值时，才有电流流经的通道，涂层才具有导电性，此特定值称为渗流临界值。此时，体 系内的导电微粒便会“列队”形成一个无限导电网链，导电微粒相互连接，形成一个导电桥， 使自由载流子从高聚物的这一端经过“桥”达到另一端，从而使绝缘体变成半导体或导体。 而在导电填料体积分数小于渗流临界值时，载流子流通的通道完全被绝缘性聚合物“堵塞”， 此时涂层的电阻基本上是绝缘性聚合物的电阻。 2) 隧道效应 自由载流子在一定条件下跃过聚合物薄层使涂层导电的机制主要是量子力学的隧道效应。当 两个导电粒子之间的非导电绝缘层很薄时，电子在外界电场作用下越过非导电绝缘层的势垒 而流动的现象称为隧道效应。量子力学隧道效应给出了宏观现象的微观解释，因为隧道效应 只有在两个导电粒子非常接近时，非导电绝缘层非常薄时，电子才能越过非导电绝缘层的势 垒，涂层的导电性才能发生突变。因此，在导电粒子含量在渗流临界值以前时，涂层的导电 性主要是由量子力学隧道效应控制的；在渗流临界值后，涂层的导电性能是由导电粒子的欧 姆导电作用决定的。 3) 热膨胀 聚合物的热膨胀系数通常比导电填料的热膨胀系数大得多。因此，可以推断涂料中导电填料 粒子之间的距离是随温度显著变化的。在某一温度下，导电粒子含量在渗流临界值以上的导 电涂料具有导电性，但当温度升高时，聚合物的热膨胀会使导电粒子间距增大到不能产生隧 道效应，从而使涂料的导电性能下降，其电阻率甚至可以增加几个数量级。 2.2.3 半导体涂料对覆冰的影响 由于涂层具有半导电特性,因此降低了陶瓷绝缘子两极之间的绝缘电阻,在通电运行的时 候涂层流过泄漏电流产生焦耳热,提高绝缘子的表面温度。绝缘子本身的陶瓷介质在强电场 中也会产生介质损耗发热。在保证绝缘子的绝缘性能条件下,提高绝缘子的发热有利于防止 表面覆冰的形成。绝缘子的总发热量由介质损耗所产生的发热量与泄漏电流产生的焦耳热。 由于介质损耗是基本不变的,因此可以通过提高泄露电流产生的焦耳热使得绝缘子的表面温