導電性塗料における導通の機構とフラクタル構造

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導電性塗料である銀粉とシアノアクリレートの混合物の硬化過程(浸透転移)におけるインピーダンス特性を調べた。その結果、インピーダンスの絶対値|Z|は5×10^2sで数桁以上に及ぶ急激な減少を示した後、その変化は緩やかになった。さらに10^4sを過ぎると殆ど変化が見られなくなった。このような|Z|の変化は次の様に説明できる。即ち、時間の経過に伴って銀粉のクラスターが成長し、5×10^2sにおいて浸透クラスターが形成され浸透転移が起こると電極間に始めての電気的接続が生じて、抵抗が劇的に減少する(浸透転移が起こる)。その後も銀粉クラスターの成長によって電極間接続の並列化が進行するのに伴い抵抗は減少するが、やがてシアノアクリレートの反応が終了すると抵抗は一定値に収束する。このような連続な3次元系では体積分率が16%で浸透転移が起こることが知られており、混合時の重量分率63%は体積分率に直すと約14%であるから、塗布後体積の変化があまり見られないうちに浸透が起こる結果と一致した。またtanδの周波数分散の様子は、塗布直後(20s)や浸透転移直前(4.4×10^2s)は高周波側でtanδが小さく、転移領域(4.6-5.0×10^2s)では測定周波数内でピークを持つような傾向を示した後、硬化終了後(2×10^<42>s)には、混合時と同様な高周波側が小さい特性を示した。Clercらは自己相似的なモデル回路によって、浸透転移時にtanδがある極小を持つという本実験とは反対の数値計算結果を得ており、Clercらのモデルでは本実験の導電性塗料における変化を説明できないことが分かった。