CN102933676A - 具有各向异性导电性能的胶粘剂及其制造和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可导电的胶粘剂，包括一种具有粘附效果、可硬化的和不导电的矩阵材料和一种分布在矩阵材料中由可导电碳纳米管组成的相位。根据本发明，碳纳米管以大量单个宏观结构的形式存在。每一个宏观结构都由大量聚集在一起、相互之间形成电接触的碳纳米管组成。本发明的另一个方面是一种生产这种可导电的胶粘剂的方法、将两个部件进行导电黏合的方法以及检测以这种方式形成的黏接的质量的方法。

Description

具有各向异性导电性能的胶粘剂及其制造和使用方法

本发明是关于一种具有导电性能的胶粘剂，其包括一种粘合性、固化性和非导电性的矩阵材料和一种由导电性碳纳米管制成的分布在矩阵材料中的相位。本发明的另一个方面是这种具有导电性能的胶粘剂的制造和用于粘合两个导电部件的方法，以及对这种粘合方式质量的检验。

很在多应用中，会用到导电胶粘剂。其中一个应用，例如，两个印刷电路板的胶粘，在该印刷电路板上面有多个离散的导体结构，并且这些可导电的结构是通过胶粘剂间隙相互之间产生电接触的。另一个应用是电路基板上电气件之间的胶合以及电路板上有电接触点的元件上形成的电接触点之间的电气连接。

基本上，这种电气连接形成方式的过程和胶粘材料很多都是已知的。而且一些基本要求都是相同的，一方面需要在两个连接的接触点之间建立稳定的电气连接，另一方面这种方式的电气连接在空间上是受限的，很多这种方式的电气连接的形成是不同且相邻的，这使它们之间可以形成电绝缘的连接方式。

在JP 2001 31 66 55A中有一种已知的导电性胶粘剂。这种胶粘材料中含有碳粉末，一种胶粘剂树脂和水，是一种糊状的形式。该胶粘剂的一个缺点是，当人们在有一层薄层的大面积上使用这种胶粘剂时，它的胶粘能力不好。当它被用于围住小结构或用于穿透小结构时，它不会形成空气套，并且需要将高含量的碳粉用作添加剂，以便在胶粘剂层上形成低电阻、操作安全的导电性电路。该胶粘剂另一个已知的缺点在于，在各个接触点各自的制造过程中，胶粘剂间隙内多个电接触点离散分辨率及其相互绝缘的工序在时间上必须依次进行，这样花费太多时间。由此，这种方法一方面必须有一个复杂的连续工序，另一方面，为了形成这样相互绝缘的多个离散接触点，需要花费的时间太多。

在EP 0 748 507 B1中有一种已知的各向异性导电性胶粘剂，其细分布的、导电性粒子包括在薄膜中细致分布的金、镍、镀金的镍、银或涂金的聚苯乙烯球。在这种情况下，电接触是通过一个压模压力的施加实现的，并且系统的加热温度可达到约150至230°C，这样，导电结构就会压进薄膜，并与颗粒相接触。这类胶粘膜的缺点在于，一方面，通过颗粒，在整个由胶粘膜提供的胶粘力和内聚力中，会诱发明显的机械干扰效果，这会导致，一方面，整个粘合连接无法承受高机械力，另外，特别是在电气接触区域，会有一个由颗粒产生的严重干扰位置。如果机械影响对这两个须粘合的部件产生影响的话，那么这个干扰位置可能会导致分层和由此带来的连接断开。这种已知技术的另一个缺点在于，这种胶粘剂的供应是以里面有细分布式颗粒的薄膜形式，而这种形式主要适用于表面平坦的部件中，所以使用范围会受到限制。最后，这种技术的另一个缺点是，为了能提供足够的低电阻电连接，薄膜上的颗粒必须达到一定浓度，而该浓度可能会导致颗粒凝结，然后为了防止颗粒表面的凝结又需要使用间隔剂。一方面，这种间隔剂产生相当的制造技术费用，因为作为颗粒涂它们必须在其它制造工序中制备。另一方面，这种涂层导致电气电阻的增加，在整体上降低胶粘剂的导电性能。最后，在许多应用中，高加工温度对胶粘部件形成无法承受的载荷。

在US 2009/0011232A1中有一种已知的干粘合剂，是用于已经对齐的碳纳米管（CNT）。这种纳米管是以干燥状态位于平行的纵向，并且由于受到压力作用被压在表面，以达到粘合目的。这种干燥材料的缺点，一方面在于，从碳纳米管材料中生产出这种平行结构成本太高，这种高成本是与所要求的碳纳米管长度有关，并且在高承重的粘合中，这种干粘合剂的粘合作用也是不够的。另一方面，尽管除了在机械方面有明显的粘合特征外，在一定程度上，这种干粘合剂也具有一定的导电特征，但是从电路方面看，为了它却无法形成足够稳定的各向异性，而这种各向异性是为了将分散的接触点通过导电粘合层相互之间绝缘连接。

最后是，DE 10 2005 063 403 A1中的一种环氧树脂含有碳纳米纤维胶粘剂，它可以用于导电性胶粘剂的制造中。这种已知胶粘剂的缺点在于，一方面，这种胶粘剂必须在矩阵材料中引入这种百分比很高，以碳材料为基础的纳米纤维材料，以保证足够的导电特征，这样的话，一方面可以得到高粘合度，但是随之而来的是较差的就加工性能和润湿性能，另一方面这种胶粘剂的成本很高。这种胶粘剂的另一个缺点是，当通过粘合层用于接触的导电特征充足时，就无法保证在与胶粘剂的分散间隔内相互间绝缘的导电接触点就无法实现各向异性电连接。

本发明是以现有技术为基础发明的一种胶粘剂，这种胶粘剂一方面生产成本低，另一方面生产技术可靠，并且可以在两个部件的导电接触点之间形成稳定的电连接，而且同时，单个、相互之间绝缘的接触点在空间上有较高的分辨率。本发明的另一个目的在于，提供一种胶粘剂，而且这种胶粘剂除了满足分布点的电接触或者说分布点相互之间的绝缘要求之外，还可以提供机械稳定的粘合。

本发明通过将大量碳纳米管置于一种宏观结构中，而每个宏观结构中存在大量的聚集的和相互之间有电接触的碳纳米管，并且这种矩阵材料首先具有一定浓度，这种浓度使宏观结构分布在一种聚合物胶粘剂矩阵中。

在本发明中，矩阵材料，尤其是里面有分散的电导电性碳纳米管的单体、预聚物或聚合物与粘合剂的材料被用作胶粘剂，这种胶粘剂的特征在于，该碳纳米管并非被随机或预定地分散在矩阵材料中，而是代替凝集形式被用作宏观材料，而且在矩阵材料中有很多这种宏观结构。这样的好处是，矩阵材料中的宏观材料会以低于渗滤阈值的浓度存在。这时，在这个渗滤阈值之下各个状态就很容易理解了，其中那些液相中的元件会被搅拌到一个程度，这个程度就是，可以沿着该元件，从该材料的一头到达另一头，而同时，在矩阵材料的通道内不需要有路径。因此，一种与导电性元件偏移的矩阵材料具有各向同性的导电性，如果这些元件位于渗滤阈值内部或上方的话。原则上可以理解的是，既可以对用于单个元件，如碳纳米管，也可以对复合的宏观结构的多个单独元件，如由多个碳纳米管构成的宏观结构的渗滤进行定义。

根据本发明，宏观结构是用于矩阵材料中低于渗滤阈值的各向异性导电的胶粘剂，就是说，宏观结构不会因受到外界影响而产生偏移，也没有足够的体积比例形成其相互之间的聚集或形成这种可以消除大间距的如此大的相干结构。

本发明中，这种导电胶粘剂的特征在于，大量碳纳米管聚集体的组合形成了一种导电结构。同时，可以在这种导电胶粘剂生产的过程中或在用这种导电胶粘剂粘合的过程中，对这种聚集体的形状和尺寸进行设定。因此，比如，如果相互之间的剪切方向呈直角，那么就可以通过对这种胶粘剂的两个连续剪切将聚集体的形状设置成球形。两个剪切方向之间的角度越小，与球体形状偏离的就越多，并且会形成一个接近细长的形状。一个圆形的剪切方向可以使聚集物的形状非常不同。凝集体的尺寸会受到比如剪切间隙的影响，这种剪切的胶粘剂会暴露在这些间隙内。这种导电宏观结构在非导电性矩阵材料中是随机分布的，而且相互之间不会有聚集倾向。通过提供的这种胶粘剂，可以在两个电连接点之间插入这种宏观结构，以形成它们之间的电连接。由于宏观结构尺寸紧凑，所以这种电连接可以在空间上实现很高的分辨率，由此，使用这种胶粘剂就可以在两个相互绝缘的连接之间形成非常小的分散距离。同时，借助这种矩阵材料，一方面可以为宏观结构之间具有导电性的碳纳米管提供一个开放的区域，这个区域可以保证可靠的电绝缘性，另外，可以为两个相互连接的部件之间提供一个较高的粘合和内聚力传输，由此就可以形成一个机械可靠的粘合连接。

根据本发明，本身凝集的碳纳米管的偏移被用于提供一定的导电性。这里，碳纳米管仅在一定程度上进行了凝集，而且是通过形成的宏观结构本身被限制在其浓度内的。因此，在现有技术中，观察到的结构是松散的、连续的和呈几何形状的结构，这种结构可以防止在不确定和不可预测的范围内形成了导电性。与已知矩阵中碳纳米管的单个松散聚集的自然外观相比，本胶粘剂的特点在于，碳纳米管具有高浓度并且其中的矩阵区域在碳纳米管上有强的消耗浓度。

此外，本发明的另一个优点在于，它的接触面是几何形状的，因为在微观层面上，接触面往往很难形成均匀光滑的表面，而是会存在一定的粗糙度。填充材料，如银薄片据或有涂层的球，通常与突起部分只有一个接触面并且会提高接触电阻，甚至削弱电流强度，与之相比，本发明中，由碳纳米管制成的宏观结构则提供了一种连接结构，这种结构比一般材料的电流密度在导电方面更好。在接触的几何形状方面，碳纳米管这种极细和纤维状的几何形状具有很大的有事。由于其具有灵活性，这种碳纳米管可以紧贴表面轮廓，并且可以进入微小的缝隙内，这样，就可以有多维接触，并且可以形成明显较大的有效接触面。由于宏观结构具有这种结构，所以即使粗糙的表面也可以插入这种宏观结构中，所以，接触面积就可以成倍增加。原则上可以理解的是，矩阵材料通常是以液体的形式被涂在胶粘表面，但是，在特定的应用情况下，矩阵材料是固体形式更具优势，例如作为膜。这种胶粘剂的粘合度和润湿性能，一方面依靠矩阵材料的粘合度，另一方面依靠宏观结构固有的尺寸、结构及浓度，还会直接受到外界影响，比如温度、压力影响，而同时可设置的是，使粘合表面达到完全的润湿性，这时，胶合剂也可以渗入到粘合部件的小结构中。需要注意的是，根据粘合状态，胶粘剂可以转变为固化状态。这种固化一般可以通过化学反应或屋里设置完成，另外，反应性的热熔胶粘剂也是可用的。通过固化，这种胶粘剂的属性就可以清楚了，在这种状态下，机械应力可以通过胶粘剂传递。这种胶粘剂可以是柔性的或主要是刚性的。

基本上，本发明中的这种导电性胶粘剂的特征在于，里面包含宏观结构，这种宏观结构一侧是多个碳纳米管聚集而成的，而且混入了矩阵材料。由此，通过宏观结构，这种胶粘剂中可以避免边缘表面的问题，尤其具有纤维增强作用。由于有宏观结构，因此，与前面提到的胶粘剂相比，这种胶粘剂不会或只会在很小范围内出现脱胶或机械故障的情况。同时，由于这种宏观结构存在一定的浓度，所以这种导电性胶粘剂在各向异性导电能力方面具有优势，而且可以利用这一点，使离散的相互之间隔开的电接触点，以相互间绝缘的形式，与其它相对应的离散的相互之间隔开的电接触点在第二个粘合面上进行电连。

同时，可以理解的是，本发明中的胶粘剂的优势在于，它由矩阵材料和内部包含碳纳米管的宏观结构构成，并且它的优势还在于，它取消了宏观结构或碳纳米管的表面涂层，通过这种方法，应用材料的机械性能以及它们的电气性能潜力都可以得到很好的利用。

根据第一个优选示例，可以得知的是，宏观结构是位于一个基本上为球形的几何形状中，并且宏观结构的高度、宽度和长度值中，没有一个与其它值的偏离度超过50%。因此，就需要各向异性导电性，在这种各向异性导电性中，没有任何导电性是存在于粘合面的平面方向上的，而一个正交的导电性是穿过这个平面进行提供的。借助于以这种方式形成几何形状的宏观颗粒，就能够以这种理想的方式形成一种球状结构或一种偏离宏观结构结构的特定尺寸，而这种尺寸是符合本发明中的胶粘剂中规定的。可以理解的是，优选的示例在颗粒长度、高度和宽度方面没有或只有很小的区别，就是说，颗粒的伸长率接近0或更优的为是，圆形度为1。这样一来，宏观结构的接触特性就不必依赖于矩阵材料中的对齐度。另外，与这点相关的可以理解的是，该宏观结构它的几何尺寸的偏离是在一种尽可能小的方式中进行的，就是说，通过测定宏观结构的大量值，使测定的长度、宽度和/或高度的标准偏离值或特征值的总尺寸，如直径、截面面积或宏观结构的总体积的标准偏离值尽可能地小，由此，一个宏观结构单峰的尺寸分布包括一个特定宏观结构尺寸的显著最大值，并且只有很少一部分比宏观机构尺寸小或大。通过一个这样的分布，使本发明中的胶粘剂可以形成可靠的粘合，并且通过电接触再生产方式，可以使电接触的次品率降低，借助上面规定的工艺参数，可以通过定义的宏观结构形成电接触，如果，比如粘合表面中，一个受限的各向异性旨在，比如连接一些成对放置的、短距离被隔开的接触点，但不要在这些成对的接触电之间相互建立连接，这样就可以实现一种多模态的分布。

将本发明中的胶粘剂用于，比如一个典型的胶层厚度为10-70m的示例中，同时，这里两个被粘合的电接触表面已经处于被粘合好的状态，而它们之间粘合间隙厚度的平均距离被看作上述值。宏观结构可以，例如浓度达40％（体积），优选10-20％（体积）。每个宏观结构都有一个最大为胶层厚度1-3倍的尺寸，优先选择胶层厚度的1.1倍到2倍。在特殊情况下，这个最大尺寸也可以小于胶层厚度，例如，可以在胶层厚度0.5-0.9倍的范围内。为了在电接触表面将两个或几个宏观结构进行聚集，使其小于渗滤阈值，这种特殊情况就需要用到特殊尺寸。此外，它的优势还在于，这种宏观结构的形式是通过液体的剪应力与内部分散的碳纳米管形成的，尤其是，至少是由于液体的第一次剪切是在一个方向上进行的，第二次是在第二个方向上进行的，而且第二个方向与第一个方向是不同的，尤其不能与之平行和反向平行。基本上，本发明依据的知识是，碳纳米管的凝集可以形成一个更具优势的设计及更好的性能。同时，通过至少一个方向的剪切，这种凝集产生了一种具有优势的方式。特别之处在于，这种剪切可以形成一种宏观结构，而这种宏观结构是纵向排列，与剪切方向交叉的。在这种具有优势的设计中，通过另外的第二次剪切形成了这种宏观结构，这种宏观结构与第一次剪切的方向是不同的。因此，在第一次剪切中形成的宏观结构既不会转化为宏观结构，也不会继续凝集，而是显示出了一种与细长结构相偏离的、偏向于理想的球状几何图形的结构。基本上，这种剪切可以通过内部包含碳纳米管的两个面之间的矩阵材料的布置进行，通过将第一个方向中的这些表面向彼此之间相对移动，然后在第二个方向中将这些表面向彼此之间相对移动。例如，它可以通过一个气缸在与该气缸同轴的管中的转动以及接下来气缸在管中的轴向移动来实施，在此，碳纳米管布置在管子和气缸之间的环形间隙中，或通过其它工具技术结构来实现。原则上，本发明的胶粘剂在一维剪应力的作用下的特征是纵向延伸的宏观结构，在二维剪应力的作用下是则是更短的、接近球形的宏观结构。

此外，矩阵材料中的碳纳米管的浓度最好高于矩阵材料中的碳纳米管的渗漏阈值。原则上必须理解，矩阵材料中的碳纳米管既可以位于渗漏阈值以下，也位于其以上或与其完全相同。聚集可以通过相应的机械诱导或其它方式诱导的效应实现。但是，为了实现特别优良的导电效果，如果能以如下浓度注入碳纳米管，就特别有好处，即碳纳米管本身就已经提供了胶粘剂的均质导电性。但是，这种均质导电性由于宏观结构的形成被修正为各向异性的导电性。在此，碳纳米管可以倾向是一个无外部影响的聚集，在必要时，可以通过额外的外部影响，例如如前所述通过在一个或两个方向上施加的机械剪应力，以如下方式控制这种聚集，即通过这种聚集形成良好的宏观结构形状。通过这种途径就获得了一种可导电的胶粘剂，虽然这种胶粘剂不具备在无外部作用的情况下聚集成宏观结构的倾向，但是，总体来说，这种浓度的宏观结构和宏观结构内部的碳纳米管具有如此的数量和充填密度，以致于一方面通过胶粘剂实现了导电性，另一方面以理想的方式实现了胶粘剂的粘附和内聚效果。

但是，在特定的应用情形中，把碳纳米管的浓度控制在矩阵材料中的渗漏阈值以下也有好处。这样，没有已形成宏观结构的胶粘剂虽然基本上不具备导电性，但是，由于宏观结构的形成，胶粘剂变得具有各向异性导电性。

此外，每个宏观结构中最好至少包含一种在功能上用来有效的与结合面区域结合的材料，特别是一种磁性材料。通过本发明中的胶粘剂，通过提供规定大小和定义浓度的宏观结构本身就可以实现各向异性电连接。在此，可以以如下方式对胶粘剂进行加工，即在宏观结构在胶粘剂内的静态分布基础上，实现在两个组件上定义的导电结构的充分的电连接。但是，特别倾向于为宏观结构增加一个功能成分或多个这种功能成分，它（们）使得宏观结构有目的性地积聚在需要电联的结合面区域。此外，为了这一目的，也可以以特定的方式对结合面区域进行机械、化学或物理方法处理，以影响或促进宏观结构有目的的积聚。在此，特别是可以在宏观结构和须电联的结合面区域之间加入一种磁效应。此外，必须预计到宏观结构中的其它效应，例如化学亲和力、静电效应或以功能成分形式表现出来的类似效应。

本发明的另一个方面是生产可导电的胶粘剂的方法，包括如下步骤：

a.提供一个制造辅助矩阵，

b.将碳纳米管注入到制造辅助矩阵中，

c.在制造辅助矩阵内使碳纳米管聚集成宏观结构，以及

d.以低于胶粘剂中的宏观结构的渗漏阈值的浓度使宏观结构分布在一种聚合物胶粘剂矩阵中。

根据本发明中的方法生产出了一种可导电的胶粘剂，它至少由两个相位中的两种生料构成。第一个相位是一个胶粘剂矩阵，它可以从通常的液体状态通过硬化进入到硬化状态，然后在这种硬化状态下产生与结合面的粘附力，并且在内部可以传递内聚力，该内聚力是连接两个须结合在一起的部件所必须的。第二个相位在于聚集成宏观结构的碳纳米管中，它们在这个胶粘剂矩阵中以如此的浓度和分布方式存在，以致于在无外部作用的情况下该宏观结构不会发生渗漏。宏观结构基本上可以在一个制造辅助矩阵中生产，该制造辅助矩阵与胶粘剂矩阵在化学上不同或与后者在化学上一致，例如，浓度不同或总体上一致。制造辅助矩阵的黏度最好比胶粘剂矩阵的黏度低，以便促使碳纳米管形成宏观结构。当宏观结构在制造辅助矩阵中形成后，可以把它们注入到胶粘剂矩阵中，使其在后者中均匀分布，以便通过这种方式营造一种待生产的胶粘剂的理想加工状态。

在此，宏观结构可以在胶粘剂被注入到黏合间隙中之前时在胶粘剂矩阵中形成，或在被注入之后在结合过程中形成。

通过在步骤c和d之间完成以下步骤的方式，可以对本方法进行拓展：

-从制造辅助矩阵中提取宏观结构，最好通过蒸馏法，以及

-将宏观结构注入到胶粘剂矩阵中，

在此，胶粘剂矩阵的化学成分特别是与制造辅助矩阵的化学成分不同。

原则上，宏观结构可以与制造辅助矩阵一起被注入到胶粘剂矩阵中，通过这种方式，制造辅助矩阵要么成为胶粘剂的组成部分，要么在后来的加工工序中从胶粘剂中被分离出去，本拓展方式以更为有利的方式规定，在宏观结构在制造辅助矩阵中被生产完毕后，把它从制造辅助矩阵中离析出来。这种离析特别可以通过蒸馏法进行。在这一过程中，制造辅助矩阵被加热后变成气体状态。通过这种方式，宏观结构保持离析的固体状态。如果制造辅助矩阵与胶粘剂矩阵的化学成分不同，但起码是浓度不同从而使得其黏度不同，那么这种从制造辅助矩阵中提取宏观结构的方法就特别有优势。这样就开辟了为宏观结构的生产加工工序而选择一种最适合的制造辅助矩阵的可能性，然后将在其中生产的宏观结构故注入到到一个最适合想要的黏结效果的胶粘剂矩阵中。

作为可选方法，可以规定制造辅助矩阵与胶粘剂矩阵的化学成分一致，在步骤c之后，如果需要，通过蒸馏法提高宏观结构的浓度，或通过注入胶粘剂矩阵降低其浓度。与前述从制造矩阵中提取宏观结构的方法相比，本方法在过程技术方面更简单，更经济。在这种方法中，使用了一种适用于以后的黏合效果的胶粘剂矩阵作为制造辅助矩阵，只须在必要时将这种胶粘剂矩阵通过稀释或浓缩的方法使其黏度达到适合形成宏观结构的理想值即可。宏观结构生产出来后，通过蒸馏法将胶粘剂矩阵成分分离出来，或通过注入胶粘剂矩阵成分对宏观结构进行稀释的方法，可以将其黏度调整成适合加工胶粘剂的理想黏度。

此外还倾向于通过对制造辅助矩阵施以剪应力，特别是在两个不同方向上先后施加剪应力，使碳纳米管聚集成宏观结构，最好同时施加压力。通过这种拓展方式，就实现了一种特别高效的宏观结构生产方式。关于施加剪应力过程的特定安排及其实施，请参见前文描述。

此外，最好通过降低制造辅助矩阵的粘度，特别是通过对其进行加热的方法对步骤c中碳纳米管的聚集予以支持。结果基本上表明，碳纳米管聚集成的宏观结构呈非常适合进行电联的几何形状，特别是当制造辅助矩阵的黏度较低时，可以以高度可复制性和良好的结果成功地实现这种所希望的聚集。为了实现这一点，特别是可以采用加热的办法，热量在常见的制造辅助矩阵中显著地降低黏度。在此，通过相应的冷却可以达到有利于胶粘剂加工的黏度。

此外，步骤b中的碳纳米管最好以如下浓度注入到制造辅助矩阵中，即浓度高于制造辅助矩阵中的碳纳米管的渗漏阈值。原则上，在本发明的方法中，碳纳米管以如下浓度被注入到制造辅助矩阵中，即聚集要么可以通过外部影响来实现，要么在没有这类外部影响的情况下完成，即浓度高于制造辅助矩阵中的碳纳米管的渗漏阈值。在这种情况下就实现了制造辅助矩阵的理想高度充电，从而能够高效地生产宏观结构。在此必须理解，当宏观结构的制造完成后，宏观结构本身可以低于位于制造辅助矩阵中的渗漏阈值，即在没有外部影响的情况下，宏观结构不会再聚集成更大的结构。

本发明的另一个方面是一种对两个部件进行导电黏合的方法，包括如下步骤：

a.制备一种胶粘剂，包括一个由具有粘附效果的材料和大量碳纳米管胶组成的胶粘剂矩阵，

b.将胶粘剂注入到两个待结合的部件中的至少一个结合面上，

c.以如下方式将两个部件结合在一起，即一个部件的结合面重叠在另一个部件的结合面之上，两个结合面之间形成一个黏合间隙，

在此，黏合间隙的厚度至少在那些位于两个相对的结合面区域之间的黏合间隙段上小于或等于宏观结构的尺寸，在相对的结合面区域之间应当造成一个从一个部件的结合面区域经过黏合间隙段到另一个部件的结合面区域的导电连接，宏观结构由大量碳纳米管构成，位于胶粘剂矩阵中，

d.通过由位于结合面区域之间的黏合间隙段中的碳纳米管组成的宏观结构形成一个电连接，结合面带朝向黏合间隙的导电结合面区域，并应当通过它们将结合面区域电连接起来，

e.矩阵材料的硬化。

通过本发明中的方法，由于胶粘剂与两个部件的结合面之间的粘附效果以及胶粘剂内部内聚力的传递促成了一种机械连接，并同时在此建立了导电结合面区域的各向异性电连接。在此，各向异性电连接应被理解为两个典型彼此相对的、其中一个位于一个部件上，另一个位于另一个部件上的电触点的电连接。该各向异性电连接在第一方向上允许电流通过，而在第二个方向上，最好是在所有与第一方向不同的方向上不允许电流通过，而是与这些电流绝缘。换言之，各向异性电连接是两个谨慎布局的触点的隔离的、对外屏蔽的连接。

根据本发明，通过将胶粘剂置于黏合间隙中的方式，这种各向异性的电连接是通过采用内含由聚集的碳纳米管组成的宏观结构的胶粘剂来实现的。根据本发明，黏合间隙的厚度至少在准备用于各向异性导电连接的那些黏合间隙段上小于或等于宏观结构的尺寸。在本上下文中，尺寸应被理解为宏观结构的高度、宽度或长度，特别是，只要宏观结构接近特别适合用于实施本发明中的方法的球形时，尺寸应被理解为宏观结构的直径。在此，原则上可以认为，当大量宏观结构的尺寸的分布处于特定区域时，本发明中的方法以以平均尺寸为基础进行。当然，可替代的结构形式也有好处，取代平均尺寸的是以下限或上限尺寸作为尺寸的最小值或最大值的基础，以此来调整黏合间隙的厚度。

通过黏合间隙厚度与宏观结构尺寸之间的特定关联性，就实现了两个结合面之间-至少在应当通电的区域，有一个布置在其中的宏观结构，它的两面都与结合面直接接触，从而建立电连接。在这种电连接通过两个待结合的部件的相应靠近而形成后，可以通过使矩阵材料硬化的方式实现黏接，从而将通过这种方法形成的机械和电连接状态进行固定。

在此，特别倾向于结合面平坦，一个部件上的第一个结合面区域与同一个部件上的第二个结合面区域之间的距离大于宏观结构的尺寸，这两个结合面应当与另一个部件上的两个各自相对的结合面区域通过各自相应的黏合间隙段电连接。特别是大于宏观结构的最大尺寸，以便第一结合面区域与另一个部件上与其相对的结合面区域之间的黏合间隙段与第二结合面区域与另一个部件上与其相对的结合面区域之间的黏合间隙段之间绝缘。根据本拓展形式，一个部件上的多个结合面区域就与另一个部件上相应的多个结合面区域电连接起来。在此，胶粘剂内部的这种电连接的每一个都与其它电连接绝缘。这种绝缘是通过相应的几何选择来实现的。在此，一个部件上两个相邻的结合面区域之间的距离被选择为大于一个尺寸，特别是大于宏观结构的最大尺寸，以便防止位于某一结合面处于接电状态的宏观结构的向侧面延伸，以致于它同时与另一个结合面区域形成电接触，或与一个布置在上面与此处于电接触状态的的宏观结构形成电接触。在此，在一种特定的结构形式中，当宏观结构接近实施本发明中的结合方法的理想的球形时，可以安排如下方式的拓展，即一个部件的两个相邻的、彼此必须绝缘的结合面区域之间的距离大于宏观结构的直径。

此外还倾向于，两个彼此相对、须电连接的结合面区域之间至少一个黏合间隙段的厚度小于彼此相对、其间不应通过黏合间隙形成电连接的结合面区域之间的黏合间隙段的厚度。本结构形式构成前述拓展形式的一个可替代形式或拓展形式，使得在总体上能够在一个部件上更密集地布设彼此相邻、须相互绝缘的结合面区域。这一点通过以下方式实现，即与那些不应发生电连接的区域相比，那些应电连接的结合面区域能够通过一个较小厚度的黏合间隙实现相互电连接。这种拓展方式降低了以下危险，即由于宏观结构积聚在无须电连接的结合面区域而导致两个必须相互绝缘的结合面区域连接起来，这一点由于宏观结构的大小与黏合间隙的厚度之间在这些相互之间无须电连接的结合面区域的比例被缩小而造成的。

在此，最好造成两个彼此相对、必须电连接的结合面区域之间的黏合间隙的厚度更小，其方法是，两个结合面区域中至少一个与它周围的同一个结合面的结合面区域相比形成隆起状。根据这一结构形式，通过相应的技术实现了至少一个结合面区域的三维结构，最好是两个结合面区域都实现三维结构。在此，须电连接的结合面区域与不应电连接的结合面区域相比呈隆起状。例如，这一点可以以如下方式实现，即电触点或电触线凸起在结合面区域之上，从而突入黏合间隙中，当结合面相互接近到一定的距离时，形成的这些隆起结构之间的黏合间隙比非隆起结构之间的黏合间隙更小。

此外，最好至少在一个结合面区域里形成一个钩状、针状或刚毛状结构，这些结构可以与宏观结构形成一个形状配合连接，通过使用胶粘剂冲刷黏合间隙实现电连接以及将宏观结构机械固定在钩状结构上。原则上，本发明的结合方法可以通过以下方式来实施，即宏观结构中存在一个或多个功能成分，该功能成分导致或促进（宏观结构）向须电连接的结合面区域聚集。关于这一点，请参见对相应结构的胶粘剂的前文描述。在此，特别可以规定一个芯棒结构，它可以在一个与结合面平行的运动方向上起一个卡住的作用，通过这种方式将在胶粘剂冲刷过程中通过黏合间隙冲到须电连接的结合面上的宏观结构固定在上面。在此结构的一个可替代或附加安排中，可以规定通过一种机械夹紧、卡住、夹住或其它固定方式来实现宏观结构有目的地聚集在须电连接的结合面区域。其方法是通过在须电连接的结合面区域做一个相应的结构，该结构是为了将宏观结构相应地固定在结合面上而制造。

最后，根据本发明的结合方法的另一个拓展方式，规定矩阵材料的硬化通过涡流作用于处于黏合间隙中的胶粘剂来实现。通过对黏合间隙内的大量各向异性电连接从一个部件到另一个部件上的布局，可以实现对矩阵材料除了采用众所周知的例如由两个成分组成的化学硬化法、光电感应硬化法或一个成分与环境的反应、特别是与环境空气产生的硬化之外，也可以采一种用通过涡流、特别是通过由涡流产生的矩阵材料热感应硬化法来进行硬化。在此，相应的涡流特别可以通过磁场作用于黏合间隙的方法来产生。

最后，本发明的另一个方面是一种用于检测按前述结合法制造的黏接的质量的方法。在此规定，对一个部件上的不同的点之间或一个与另一个部件之间的电阻的测量通过对结合处施加机械拉伸影响的方法进行。对电阻、阻抗或导纳与拉伸的比率与预先确定的数值，特别是以前在同一个黏接上测得的数值、表明比率或曲线走势特性的数值和/或从几何或电气性能中计算出的绝对值进行比较。当比率的偏差超过一定的公差时，或电阻的拉伸曲线中出现非连续性时，就可推断出黏接的部分失灵。

这种检测方法通过特定的、通过本发明的结合法而实现的两个部件的各向异性电连接得以实现，其方法是，利用在此达到的、分立的、在多点上产生的、相互之间又绝缘的电连接来测量黏合间隙上的电阻。在此，本发明利用了以下特性，即当对黏合间隙施加机械拉伸时，或出现裂纹时，由碳纳米管组成的宏观结构形成的电连接改变其在黏合间隙上的电阻。在机械拉伸的作用下，本发明的宏观结构基本上显示出电阻按比例升高的特性。但是，如果出现层离或胶粘剂断裂，它会一方面通过突然的、特征为不稳定的电阻增加，另一方面通过一个超过这类层离的数量而在拉伸上形成的电阻斜率提高表现出来，

本发明的胶粘剂的一个特定用途是用于电磁屏蔽或静电屏蔽。在此特别可以规定，碳纳米管的种类、每个宏观结构中的碳纳米管的浓度、矩阵中宏观结构的浓度、宏观结构的形状和大小要根据待屏蔽的电磁辐射的波长或波长范围来选择。这样，宏观结构的形状和大小最好与波长或半波长的整数倍相符。以下通过优先采用的结构形式来对本发明进行解释。插图显示的是：

图1：本发明的第一种结构形式的示意、剖面侧视图，以及

图2：本发明的第二种结构形式的示意、剖面侧视图，以及

图3：本发明中的胶粘剂的生产流程示意图

如图1所示，两个应相互黏合在一起、并在此通过一个黏合间隙形成各向异性电连接的部件以如下方式布置，即第一个部件10的结合面区域11与第二个部件20的结合面区域21呈相对布置状态。结合面11与结合面21之间形成了一个黏合间隙30。

在第一结合面11中形成了导电结合面区域11a、b、c。与结合面区域11a、b、c相对的是结合面区域21a、b、c，它们形成于第二结合面21上。结合面区域11a-c与结合面11位于一个平面上，结合面区域21a-c以同样的方式与结合面21位于同一个平面上。两个相邻的结合面区域11a-c或21a-c之间的距离d大于布置在黏结间隙30中的一个宏观结构40a-c的直径。

宏观结构40a、b、c由大量聚集在一起的碳纳米管组成，它聚集成了一个直径为D2的球状。宏观结构40a-c被一个胶粘剂矩阵41所包围，该胶粘剂矩阵在结合面区域11a-c和21a-c之间的区域通过粘附力结合在结合面11、21上，形成黏结。胶粘剂矩阵特别可能涉及来自化学反应胶粘剂类的胶粘剂，即通过冷却或受热而硬化的聚合冷凝、聚合作用或聚合添加胶粘剂。最好采用一种环氧树脂作为胶粘剂矩阵。

宏观结构40a-c位于结合面区域11a-c和21a-c的区域，通过这种方式分别连接结合面区域11a、21a和11b、21b以及11c、21c。宏观结构的直径D大于黏合间隙厚度s，小于距离d。这种方式确保了在宏观结构40a–c上通过直接积聚在结合面区域11a–c、21a–c实现了电接触，同时不存在黏结间隙纵向上产生的电连接，该连接可以从一个宏观结构40a到相邻的宏观结构40b建立一个电连接。

如图2所示，在这种结构形式中，可以在结合面111、121上准备结合面区域111a-c和121a-c，前者凸起在较低的表面部分111'和121'之上。通过这种方式，当部件110和120接近时，两个须电连接的结合面区域之间的黏结间隙被缩小到较小的尺寸，并通过宏观结构140a-c实现电连接。在此，宏观结构140a-c的尺寸设计阻止了部件110上相邻的结合面区域111a-c之间或部件120上相邻的结合面区域121a-c之间不希望发生的电直接耦合，即使宏观结构140d、e被布置在胶粘剂矩阵中这些绝缘的中间区域里，也是如此。通过这种方式，就实现了一个总体上更精致的电连接结构。

图3描绘了一个倾向采用的本发明中的胶粘剂的制造方法。在此首先，a）将一定数量的碳纳米管1注入到制造辅助矩阵2中，使制造辅助矩阵2中的纳米管1的浓度达到高于渗漏阈值的水平。之后在无外部影响的情况下，碳纳米管开始聚集成较大的簇团，通过对制造辅助矩阵以及其中分布的碳纳米管施加剪应力，以如下方式对簇团的聚集进行控制，即宏观结构形成对于胶粘剂发挥所期望的效果有利的几何形状。剪应力通过以下方式施加，即制造辅助矩阵与其中分布的碳纳米管一起被置于两个平面3和4之间。b）、c）和这些平面在第一步d）中在第一方向上彼此相对运动，在第二步e）中在第二方向上彼此相对运动。

通过对制造辅助矩阵在两个不同的方向上施加两个连续的剪应力，就制造出了绝大部分接近理想的球形的宏观结构，其结果是具有接近1的圆球形状。

以这种方式获得的宏观结构5现在f）在制造辅助矩阵2中的浓度低于渗漏阈值，即宏观结构5在制造辅助矩阵2中被分散，互相不电连接，不倾向于相互聚集形成宏观结构。

在接下来的制造步骤g）中，现在通过对制造辅助矩阵2进行蒸馏的方法将以这种方式形成的宏观结构5提取出来，它们现在处于可倾倒的状态。然后宏观结构在h）步骤中再次以低于渗漏阈值的浓度被注入到胶粘剂矩阵6中，它们因此能在胶粘剂矩阵中呈细致分布的分散状态。

在此，根据所采用的对液体胶粘剂矩阵进行硬化的方法的不同，可规定，只允许将宏观结构注入到胶粘剂矩阵的两种成分中的一个中，或注入胶粘剂矩阵的两种成分中，然后，在打算加工之前的时刻将这两种成分相互混合，以便通过这种方式引起一种导致胶粘剂矩阵硬化的延时化学反应。在其它安排中，例如光电诱导、热诱导或通过与周围空气反应或类似诱导方法使胶粘剂硬化的方法中，采用的是含一种成分的胶粘剂矩阵。在这些方法中，一旦胶粘剂矩阵被以希望的方式涂抹在黏合间隙中，就会通过对胶粘剂矩阵的作用而导致硬化。

Claims (18)

1.可导电的胶粘剂，包括：

具有黏合效果、不导电或轻微导电的矩阵材料（6；41），优先采用聚合材料或可聚合的材料，以及

一种由导电碳纳米管（1）组成的分布在矩阵材料中的相位，

其特征是，碳纳米管以大量单个宏观结构（40a-c、140a-c、5）的形式存在，每个宏观结构都有大量聚集在一起、相互之间形成电接触的碳纳米管组成，矩阵材料中的宏观结构的浓度低于矩阵材料内的宏观结构的渗漏阈值。

2.符合第一项请求权的胶粘剂，

其特征是，宏观结构主要以球状几何形状存在，并且宏观结构的高度、宽度和长度值中的任何一项与其它两项中的任何一项的偏差都不超过50%。

3.符合第一或第二项请求权的胶粘剂，

其特征是，宏观结构以如下形式存在，即该形式是通过对液体以及分布在液体中的碳纳米管施加剪应力的方式获得，特别是通过在第一方向上对液体施加第一剪应力，接下来在与第一方向不同的第二方向上施加第二剪应力。

4.符合前述请求权之一的胶粘剂，

其特征是，矩阵材料中的碳纳米管的浓度高于矩阵材料中的碳纳米管的渗漏阈值。

5.符合前述请求权之一的胶粘剂，

其特征是，每个宏观结构中至少包含一种在功能上用来有效的与结合面区域结合的成分，特别是一种磁性成分。

6.生产可导电的胶粘剂的方法，包括如下步骤：

a.制备一个制造辅助矩阵（2），

b.将碳纳米管（1）注入到制造辅助矩阵中，

c.在制造辅助矩阵内使碳纳米管聚集成宏观结构（5），以及

d.以低于胶粘剂中的宏观结构的渗漏阈值的浓度使宏观结构分布在一种聚合物胶粘剂矩阵（6）中。

7.符合第六项请求权的方法，

其特征是，在步骤c与d之间进行以下步骤：

-从制造辅助矩阵（2）中提取宏观结构（5），最好通过蒸馏法，以及

-将宏观结构（5）注入到胶粘剂矩阵（6）中，

8.符合第六项请求权的方法，

其特征是，制造辅助矩阵（2）与胶粘剂矩阵（6）的化学成分一致，在步骤c之后，如果需要，通过蒸馏法提高宏观结构的浓度，或通过注入胶粘剂矩阵降低其浓度。

9.符合第六至第八项请求权的方法，

其特征是，通过对制造辅助矩阵施以剪应力，特别是在两个不同方向上先后施加的剪应力影响，使步骤c中的碳纳米管聚集到宏观结构上，最好同时施加压力。

10.符合第六至第九项请求权之一的方法，

其特征是，通过降低制造辅助矩阵的黏度，特别是通过对其进行加热的方法对步骤c中碳纳米管的聚集予以支持。

11.符合第六至第十项请求权之一的方法，

其特征是，步骤b中的碳纳米管以如下浓度注入到制造辅助矩阵中，即浓度高于制造辅助矩阵中的碳纳米管的渗漏阈值。

12.对两个部件（10、20）进行导电黏合的方法，包括如下步骤：

a.制备一种胶粘剂（41、40a、b、c），包括一个由具有粘附效果的材料和大量碳纳米管组成的胶粘剂矩阵，

b.将胶粘剂注入到两个须结合的部件的至少一个结合面（21）上，

c.以如下方式将两个部件结合在一起，即一个部件的结合面（11）重叠在另一个部件的结合面（21）之上，两个结合面之间形成一个黏合间隙（30），

在此，黏合间隙的厚度（s）至少在那些位于两个彼此相对的结合面区域之间的黏合间隙段上小于或等于宏观结构的尺寸（D），在相对的结合面区域之间应当造成一个从一个部件的结合面区域经过黏合间隙段到另一个部件的结合面区域的导电连接，宏观结构（40a、b、c）由大量碳纳米管构成，位于胶粘剂矩阵（41）中，

d.通过由位于结合面区域之间的黏合间隙段中的碳纳米管组成的宏观结构形成一个电连接，结合面带朝向黏合间隙的导电结合面区域（11a-c，21a-c），并应当通过它们将结合面区域电连接起来，

e.矩阵材料的硬化。

13.符合第十二项请求权的方法，

其特征是，结合面（11、21）平坦，一个部件（10）上的第一个结合面区域（11a）与同一个部件上的第二个结合面区域（11b）之间的距离（d)大于宏观结构(40a-c）的尺寸，这两个结合面应当与另一个部件上的两个各自相对的结合面区域通过各自相应的黏合间隙段电连接。特别是大于宏观结构的最大尺寸，以便第一结合面区域与另一个部件上与其相对的结合面区域之间的黏合间隙段与第二结合面区域与另一个部件上与其相对的结合面区域之间的黏合间隙段之间绝缘。

14.符合第十二或第十三项请求权的方法，

其特征是，两个彼此相对、须电连接的结合面区域（111a、121a)之间至少一个黏合间隙段的厚度小于彼此相对、其间不应通过黏合间隙形成电连接的结合面区域（111'、121'）之间的黏合间隙段的厚度。

15.符合第十四项请求权的方法，

其特征是，造成两个彼此相对、必须电连接的结合面区域之间的黏合间隙的厚度更小，其方法是，两个结合面区域（111a-c、121a、c）中至少一个与它周围的同一个结合面的结合面区域（111'、121'）相比呈隆起状。

16.符合前述第十二至十五项请求权之一的方法，

其特征是，至少在一个结合面区域里形成一个表面结构，该结构可以与宏观结构形成一个形状配合连接，通过使用胶粘剂冲刷黏结间隙实现电连接以及将宏观结构机械固定在这种表面结构上。

17.符合前述第十二至十六项请求权之一的方法，

其特征是，矩阵材料的硬化是通过将直流电或涡流作用于黏合间隙中的胶粘剂的方式来完成的。

18.用于检测采用第十二至十六项请求权之一中的方法生产的黏接的质量，

其特征是，对一个部件上的不同的点之间或一个部件（10）与另一个部件（20）之间的电阻、阻抗或导纳的测量是通过对结合处施加机械拉伸影响的方法进行的。对电阻与拉伸之间的比率与预先确定的数值进行比较。当比率的偏差超过一定的公差时或电阻拉伸曲线中出现非连续性时，就可以推断出黏接的部分失灵。

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