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炭黑的生產工藝不同，則表面的化學性能也有差別。大多數炭黑的真實表面積大于由粒徑計算出的幾何表面積。這是由于炭黑特別是粒徑小于25nm的炭黑表面存在許多微孔。

據分析，可在炭黑表面檢測如酚基、醌基、羧基等基團，這些酸性基團濃度在氣黑和氧化爐黑的表面特別高。在爐黑中可檢測到吡喃酮結構，這種結構決定了爐黑的堿性性質。揮發份含量可判斷表面官能團的濃度，也可測得炭黑的極性。另外由于炭黑的表面積較大，容易吸附揮發份環境中的水分，所以炭黑在運輸，貯存及使用過程中要特別注意吸濕問題。

大部分都是探討導電粒子接觸的幾何學研究。該理論認為，炭黑填充量越大，處于分散狀態的炭黑粒子或炭黑粒子集合體的密度也越大，粒子間的平均距離越小，相互接觸的幾率越高，炭黑粒子或炭黑粒子集合體形成的導電通路也越多。不同極性的高聚物與炭黑組成共混體系的極性越大，炭黑臨界體積分數就越大，意味著體系的導電性下降，因為炭黑表面含有很強的極性基團，基體極性大，作用增強，這時強度增加，卻妨礙導電粒子自身的凝集，以致導電性差。但是在多組分基體樹脂與炭黑組成的共混體系中，由于不同基體的極性不同，填充炭黑會產生偏析現象，這時導電性能取決于炭黑粒子在偏析相中的濃度和分布狀態，還取決于偏析相高聚物所占比例。