导电填料聚合物基复合材料的制备与介电性能的研究

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1、导电填料聚合物基复合材料的制备与介电性能的研究主要内容1目的，意义1国内外研究现状2实验结果与分析5实验内容与方案4实验目标3研究目的、意义电容器行业一直是我国电子元器件产业的重要支柱之一，同时电容器也是电子整机系统的必用元件。介电材料又称电介质，是电的绝缘材料，是电容器的核心材料。随着信息、电子和电力工业的快速发展，以低成本生产具有高介电常数和低介电损耗的聚合物基复合材料成为行业关注的热点。在同样的体积情况下，为了获得重量轻和高储能密度的大功率电容器，则必须采用以密度小、介电常数高的电介质材料作为电荷储存的薄膜，因此，研究具有高介电常数的聚合物基复合材料具有十

2、分重要的学术意义和实用价值。对于给定形状的电容器，电容C与电容器的介电常数ε成正比。电容器储能公式得出电压一定时，储能与电容成正比。电容器的散热能力也是一个重要的性能指标。在频率相同时，电容器的发热性决定于介质损耗tanδ。电容器材料不仅要求具有高的介电常数,而且同时要具有尽量低的介质损耗。国内外研究现状过去的几年，在聚合物基复合电介质材料的研究领域，多是将具有高介电常数的陶瓷微粉作为功能组分，通过特殊的工艺制备这种高介电常数的复合介质材料。陶瓷的高介电常数聚合物的易加工、低成本然而由于有机聚合物自身的介电常数都较低(＜10)，因此这类复合材料的介电常数在室温时

3、才达到60。Motorola、3M、TDK等国外公司对这种高介电陶瓷粉末/聚合物基复合材料也进行了大量的研究，并将以这种材料为电介质的电容器应用于其手机等产品之中，取得了良好的效果。实验室研究以及初步的工业验证都证实高介电聚合物基复合材料具有良好的应用前景。相关数据如下表所示：材料体系电容密度（nf/cm2）介电常数（100Hz）介电损耗（100Hz）厚度(μｍ）聚丙烯（PP）0.011～31％30钛酸钡/环氧树脂复合材料0.30366％100钛酸钡/聚酰亚氨复合材料0.23111％18~25Al2O3@Al/还氧树脂复合材料0.851004％50～80目前,己

4、经报道的典型的导电颗粒填充的聚合物基高介电复合材料的组成及介电性能样品导电填料填充体积分数介电常数介电损耗测试频率(HZ)Ni/PVDF0.174000.18100ZnO/PVDF0.05481150.5100Ni-BT/PVDF0.228000.5100Al/Epoxy0.8(质量分数)1090.2100虽然渗流型聚合物基复合材料的介电常数比较高，但是目前此类材料的频率依赖性很大,介电损耗也比较高。研究目标低介电损耗高介电常数低成本低频率依赖性易加工耐击穿目标依据：渗流理论—当导电的填料颗粒加入量达到一个特定的值时，填料颗粒之间会相互连通，形成一个通路，从而使

5、材料由介电体变为导电体。此时填料颗粒的加入量，即为渗流阈值。如果颗粒的加入量充分的接近渗流阈值则复合材料的宏观介电常数趋近于无穷大。根据Sher-Zallen不变量,对于两相颗粒都分别是等径球时,fc=0.16研究内容原料选择：聚合物基体：主要以铁电性能优异，介电常数较高，机械性能优异的聚偏氟乙烯（PVDF）。导电填料:普通工业化Al粉（微米级）。溶剂：N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，DMF万能有机溶剂对PVDF有良好的溶解性，能形成无色透明的溶液。复合材料的制备流程涂银浆备料超声溶液共混去溶剂成膜热压介电性能测试SEM测试混合－热压法优点：简单易操作，耗时短，

6、适合工业化批量生产技术难点a形成稳定悬浮液。尽量使填料在溶液里分散均匀，不迅速沉积，不团聚。b温度的控制。去溶剂时的温度很关键—太高会使形成的薄膜卷曲，太低会因为蒸发溶剂时间过长导致薄膜各处的组分不均匀。实验结果及分析介电常数随着频率的变化并没有明显的变化.介电常数随着Al含量的增加而增大，但是增加的幅度不大，即使Al体积含量到25％，介电常数也只有20多一点.介电损耗随着Al含量的增加而略微增加,但介电损耗还是很低的,只比纯PVDF高一点.Al低填充量时，Al/PVDF复合材料的介电常数、介电损耗与频率的关系没有出现渗流效应Al高填充量时，Al/PVDF复合材

7、料的介电常数、介电损耗与频率的关系介电常数随着频率的升高而降低。介电常数随着Al含量的增加而增加。当fAl＝0.7时，介电常数高达175介电损耗都比较低,有的甚至跟纯PVDF的相当。结论：加入金属Al不仅可以大大提高聚合物基体的介电常数，还可以降低介电损耗。Al/PVDF复合材料的电导率与Al体积填充量fAl的关系电导率随着fAl的增加而增加，但增加的幅度并不大。即使fAl＝0.7时，由电导率也可以看出材料仍保持着绝缘状态。没有出现渗流效应，Why？结论Al的加入不仅可以提高复合材料的介电常数，同时还可以降低介电损耗。由于金属Al易钝化的特性，导致复合材料并未出

8、现明显的渗流效应。击穿场