使用点对点电极进行材料导电均匀性评估
在防静电领域,材料的导电性往往是防静电物品有效性的关键——接地结构/等电位连接结构的电路导通完全依赖于此。而起电水平（摩擦电压）虽然与此指标并无直接关联，但多数情况下，防静电设施需要连接接地，因此导电性良好的情况下，静电可以迅速泄放，难以测试和观察到较高的静电水平。按照静电泄放速度的计算，在材料电阻（表面电阻或体积电阻）低于1*10e9Ω时，静电会快速泄放，难以测试出明显的静电电压——摩擦电压为零。不过这不代表全部，有时材料电阻测试明明很好的情况下，摩擦电压却较高，这似乎让导电性成为了防静电性能的一种假象。另外还有一种奇怪的现象：两个电阻值都合格的防静电物品，在结合测试系统电阻值出现不合格，比如带有接地链或导电脚轮的推车或座椅，在防静电地面上的系统电阻不合格；多层堆叠的托盘接地电阻不合格。这些匪夷所思问题的原因是什么呢？
我们先看下材料的导电的测试方法。按照防静电行业现行的材料导电性测试标准IEC61340-2-3、IEC61340-4-1、IEC61340-4-9、ANSI/ESD
STM11.11~13、ANSI/ESD STM4.1、ANSI/ESD STM7.1、ANSI/ESD STM9.1、ANSI./ESD
STM2.1，常用的材料导电性测试项目包括以下四项：
表面电阻：假定导电在材料表面实现，使用标准的同心环电极测试。被测物要放在绝缘垫上进行（参考图1），数据单位为Ω/□。
图1 表面电阻测试示意图
体积电阻：假设导电性可以体积导通，通常体积导通的防静电材料相比仅有表面导通的材料（如涂覆防静电剂的材料）更加有效，有效期也会更长。按照标准的描述也是使用同心环电极及金属板将样品夹在中间进行测试（参考图2），数据单位为Ω.m。
图2 体积电阻测试示意图
点对点电阻：通常用于具体的防静电物品测试，仅评估其导电性，不确认导电是通过表面还是体积导通。注意这个测试可能有两种情况：对于较大的物品，如台垫和地面使用标准重锤式电极按照25cm、1m或展开结构的各点之间（如衣物）的间距测试点对点电阻，这种电极的直径为63.5mm，参见图3。如遇小物件或异型物件，使用重锤点电极无法测试时，使用小的点对点电极测试点对点电阻，该电极探针直径为有3.2mm，参见图4。
图4 小电极点对点电阻测试示意图
点对接地点电阻：用于接地结构的防静电物品的接地实现时导电性的评估，不考虑不确认导电是通过表面还是体积导通。欧姆表一极连接重锤电极放在在物品上，另一极连接所安装的接地点上，测试二者间的电阻。
除了前面所讲的问题外，还有一个现象也值得关注：在对同一块样品进行点对点电阻测试时，两个大电极之间和小的点对点电极测试的结果出现较大的偏差，往往是小的点对点电极的测试数据高，而且有时这个偏差会高若干个数量级。这可能直接影响材料合格性判断。这是否是电极结构所带来的偏差呢？我们假设被测物品导电仅以表面方式导电，利用电极的大小及测试距离，可以计算两种电极本身带来的差异Rm/Rs≈5。大点电极测试的点对点电阻与标准同心环形电极所测试的表面电阻的差异为Rpp/Rs≈3.37，小电极的测试点对点电阻与表面电阻约为17.即便如此这也无法解释几个数量级的数据差异。而且，如果我们以电极接触样品部分的长度和距离计算，小电极和大点电极点对点电阻测试结果应当Rm/Rs≈0.51，也就是小电极测试值比大电极低。
所有这些现象背后的主要原因是材料导电均匀性存在问题，既同一块材料的不同区域或位置电阻不同，甚至有些地方导电，有些地方绝缘。实际上，从防静电材料的制作工艺看，这一点也不奇怪：高分子材料（防静电物品绝大多数是高分子材料）想获得比较好的导电性由绝缘变成防静电材料，*简单的办法就是添加导电填充物。然而这种方式容易遇到两个难题：
首先，材料的导电性并不随导电成分的加入呈现出线性下降的规律，往往是突变方式——在达到临界值时阻值突然下降，因此控制在比较小的阻值范围非常困难，往往需要复杂的复合配方的方式解决；
其次，使用添加导电成分高分子原料制作防静电物品时，物品表面会因各种因素，特别是脱模剂的使用，形成致密层包裹住导电成分，导致这个区域的不导电——这就是我们所说的导电盲区。这个问题在注塑成型的防静电物品中非常普遍。
除此之外，如果添加的导电物如颗粒度太大，分散性不好的情况下导电物之间形成的导电网络不够密集也同样会出现导电盲区。
那么我们能不能多加些导电填充物，保证导电效果呢？这条路也走不通：过多加入量会破坏材料原有的分子结构，导致材料强度出现问题，还可能衍生出析碳问题，给电子产品特别是半导体、光电和显示类的产品带来致命的问题。而且过低的电阻所带来的CDM风险也是我们不希望看到的。
正是这些导电不均匀问题和导电盲区问题，会让材料材料局部电阻值超标，也会让绝缘部分的静电无法快速泄放，这也就导致了前面所说的明明电阻值合格摩擦电压却过高的现象。
对于有接地要求的防静电物品来说，非均匀导电特别是存在导电盲区往往会导致两个有这样缺陷的材料，形成导电连通难度要比均匀导电的材料难很多。在这方面*典型的例子是防静电地面：接地铁链或非均匀导电脚轮的推车在防静电地面上难以测试合格，而在铁板上可以测试合格；使用大的点电极测试合格的地面，行走电压却降低不下来。
当然，近些年来材料技术突飞猛进，让这一问题开始得到解决：石墨烯、碳纳米管、导电聚合物及复合配方的防静电材料已经开始崭露头角。一些材料可以将电阻值控制在理想的范围内的同时，导电均匀无任何导电盲区。然而现行的国内外标准所定义的测试方法，特别是重锤电极的使用，很多时候无法发现问题，甄别良莠。而且标准基本对测试当中的数据处理并无统计学处理要求，顶多确认一下测试的算术平均值、几何平均值、*大值和*低值。而对于数据的离散性并无确定或计算的要求，并且合格与否的判断，也没有明确是基于平均值还是*高值，在实践中容易带来许多争论。
以上分析表明，防静电行业特别需要一种能够评价导电均匀性的方法用于评估材料的防静电性能。这需要我们从两个方面着手：电极选择和评价方法。
电极选择
从防静电材料制作角度看，大的点电极及同心环电极接触测试样品的电极底面面积较大，虽然也能发现导电不均匀问题，但相对于小电极难度较高。通过简单的计算我们可以知道三种电极测试时的有效面积分别是：3167mm2、551mm2、8mm2，因此使用小电极发现导电盲区*。不过，单纯使用小电极可能无法测试出防静电PVC贴面地板之类的点状或针状导电结构材料的导电性。因此比较好的选择是，在样品比较大的情况下结合使用大的点电极和小电极测试材料的点对点电阻，再进行利用数理统计进行相关的计算。
评价方法
数理统计中均方差（标准差）和极差经常用于评价数据的离散性。但在实际测试当中难免出现问题：材料的电阻值波动可能很大，高的时候超过8个数量级，这两项指标会显示很高的数值，特别是极差，基本就是*高值了，这样反倒不易直接反映数据的波动性。有没有办法解决这一问题呢？其实统计学中还有现成的指标可以使用——变异系数。由于是均方差与平均值的比值，它不受量纲影响，是一项理想的指标。我们很容易得到结论，变异系数越低数据离散性越小，材料的导电均匀性越好。另外，对于极差来讲，我们也可调整下方法，不用差值，比值（极值比extremes
ratio）对数计算，就可以比较直观地反映*大*小值之间的波动性。
除导电均匀性外，评价材料时现有标准中的指标也不能省略，所以将所有这些指标总结一下，防静电材料的导电性能指标应包含以下项目：
Mins=大电极测试的点对点电阻的*低值：指标反映材料可以达到的*佳导电指标
Maxm=小电极测试的点对点电阻的*高值：指标反映材料可能出现的*高绝缘状态
Avs=大电极测试的点对点电阻数据的算术平均值：指标反映材料较大面积接触条件下导电性的平均水平
Avm=小电极测试的点对点电阻数据的算术平均值：指标反映材料均匀导电性的平均水平。
CV=小电极测试的点对点电阻数据的变异系数：偏差与平均值的比值，反映阻值的波动性。
REV=lg极值比：直观反映材料导电性*高波动水平。
这套指标现在已经在一些企业得到应用，且收到了良好的效果。通过控制导电均匀性，有效地保证了防静电物品的品质和耐用性。以下是几款材料实际测试的效果
