导电涂料作为一种功能涂料，可用于制备成具有电流传导和排除累积电荷作用的涂层，在抗静电、电磁屏蔽、防腐、新能源、电子信息等领域具有广泛应用。导电填料作为导电涂料中的核心功能成分，在涂层中起着构建电荷迁移通路的作用，此外还能影响涂料的施工性能、调节涂层的光泽度等。随着技术的创新与进步，导电填料的发展也经历了多次更新迭代。

1. 导电填料的导电机理

一般认为，导电填料与涂料基料混合后所形成的涂层导电性，是导电通道理论、隧道效应和场致发射效应三者之间相互竞争的结果。

导电通道理论指出：涂料中的导电填料的体积分数在达一定值后，涂料中的导电粒子之间相互接触构建了链状导电通道，涂层因此具备了导电能力。隧道效应认为：在混合过程中，树脂有时会将填料包覆致使填料的间距增大，在涂层中导电填料含量比较小时，外加电场的作用下，热振动可使载流子在填料粒子间直接跃迁形成导电通道。场致发射效应是一种特殊的隧道效应，是通过高强电压激发载流子穿过树脂层跃迁到另一个填料粒子。

除此之外，还有其他理论对涂料的导电机理做出解释，如热力学理论和有效介质理论，但由于这两种理论适用的体系有限，抑或是存在漏洞，因而未被广泛接受。

2. 金属及其氧化物导电填料

金属作导电填料使用时可以有效地传递和分散电流，具有很好的导电性。但其成本较高，且在基料中易沉淀，造成涂层中各组分分布不均匀，进而影响整体的导电性能。此外，金属易被氧化，会导致涂层的导电性下降甚至完全丧失，这些缺陷限制了金属作为填料用时的应用。目前常用的金属填料有银、铝、镍、锌、铜等。

银是所有金属中导电性最好的材料之一，但银本身的成本过高，因而大多被限制应用在电磁屏蔽效能要求高的特殊领域。铝的导电性较银差，但质轻价廉，化学性质活泼，易腐蚀，因此在水性涂料体系中，铝粉须先进行表面改性。镍的导电性较银和铝差且有致癌性，这制约了它的应用范围，但其具有良好的抗腐蚀性，且价格低廉，可被应用到建筑领域。

金属氧化物具有半导体导电性，而且与金属填料相比，其价格较低，颜色更浅，抗腐蚀能力较强，装饰性能更好。常见的有二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化钴等。

3. 碳系导电填料

碳系材料经历了从天然石墨、炭黑到碳纤维、碳纳米管（CNTs）、石墨烯的更新迭代。由于具有质轻、导电性优良、无毒无害、附着力好等优点，被广泛应用为涂料的导电填料。

炭黑具有优异的光稳定性和化学稳定性，但表面存在许多微孔，导致其比表面积大，且在水体系中分散易发生团聚现象，因此作为填料使用时需加入分散剂。碳纤维是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维，常被作为增强材料与树脂、金属等复合；在涂料领域，因其质轻且具有优异的导电性和导热性，可用来制备导电、发热或导热涂层。

CNTs是具有特殊结构的一维导电材料。由于纳米管之间存在较强的范德华力，易发生团聚，并且自身有一定的化学惰性，与基料、溶剂等组分的作用较弱，所以CNTs作为涂料填料需解决体系中的分散问题。一种解决方法是机械分散，如超声处理、机械研磨、高速搅拌；另一种是功能化，包括共价功能化和非共价功能化；此外，也可通过添加分散剂来改善CNTs在基体中的分散性。

石墨烯是具有二维层状结构的纳米导电材料，其对空气中氧气、水等腐蚀介质具有抗渗透性，因而被广泛应用于腐蚀防护领域。通常情况下，石墨烯的层与层之间存在范德华力和堆积作用，因此分散性更差，在溶剂或聚合物中易发生聚集和沉积，这直接影响了涂层的导电性能。一般通过添加适量助剂或进行功能化改性，来改善石墨烯的分散性，制得的导电涂料往往还具备良好的机械性能和防腐性能。

4. 本征导电聚合物（ICPs）导电填料

ICPs既具有本征的掺杂导电性，又可以自身成膜，因此成为当前导电涂料领域研究的热点。考虑到稳定性、导电性和水性化的综合需求，目前研究最多的是聚苯胺（PANi）、聚吡咯（PPy）和聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）。

PANi具有很好的导电性、热稳定性和化学稳定性，掺杂反应具有高度的选择性，可通过添加掺杂剂来调节其电学和化学性质，且共价连接改性或与其他材料进行复合也可弥补PANi性能的不足（如耐腐蚀性）。PPy相比PANi合成方法简单，合成过程更加安全绿色，成本也更低。PEDOT:PSS是目前ICPs领域研究最深入和应用最广泛的商用水性分散体，克服了聚噻吩分散性差、导电性和加工性不足的问题，在柔性和可穿戴电子设备领域有着可观的应用前景。

5. 复合导电填料与新型导电填料

复合填料通常由多种导电物质组成，这些物质可相互作用形成导电网络，提高填料的导电性能。它们在物理和化学性质上的差异有助于改善填料的相容性和分散性等，且复合体系在受到外力作用时不易发生断裂或磨损，提高了涂层的抗张强度和耐磨性。目前该方面研究最多的是ICPs与碳材料或金属纳米线复合的体系。

新型填料方面，MXene和MOF等新材料在导电填料领域具有极大的应用价值，是能源、电子、催化、传感、印染等诸多板块研究的“宠儿”。MXene作为具备金属键和共价键的二维片状纳米材料，具有优异的导电性、机械性能及表面活性，且光热转换效率高。MOF是金属离子或团簇与有机配体在一定条件下通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的晶体框架材料，具有高孔隙率、尺寸选择性和结构多样性的优点，可与金属单质、石墨烯、MXene等材料杂化，获得更优的电学和磁学性能，从而在新兴产业的导电涂料板块发挥独特效能。

参考文献：中国涂料, 2024, 39(02): 8-13+26.