碳納米管-聚偏氟乙烯高介電納米復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)控制與介電性能的關(guān)聯(lián).pdf

1、高介電常數(shù)聚合物基電介質(zhì)材料無(wú)論是在電力工程還是在微電子行業(yè)都具有十分重要的作用，高介電常數(shù)材料的發(fā)展將成為制約電子器件微型化、高速化的關(guān)鍵因素。由于聚合物本身介電常數(shù)很小，為了提高介電常數(shù)，通常選取不同種類的填料與聚合物基體進(jìn)行復(fù)合，比如：高介電的陶瓷粉末和導(dǎo)電性能良好的導(dǎo)電顆粒。碳納米管作為導(dǎo)電填料，其較大的長(zhǎng)徑比和較高的電導(dǎo)率，使其成為提高復(fù)合材料介電常數(shù)的理想填料。
　　 本文主要研究了以多壁碳納米管為填料，聚偏氟乙烯為

2、基體的納米復(fù)合材料的制備，及其不同的顯微結(jié)構(gòu)與介電性能的關(guān)聯(lián)。
　　 首先在制備工藝的研究中，分別采用了溶液法、熱臺(tái)加熱法、絮凝法、球磨法及擠出成型法制備了分散狀態(tài)各異的納米復(fù)合材料。發(fā)現(xiàn)溶液法制備的復(fù)合材料體系由于其特殊的片層結(jié)構(gòu)顯示了最低的滲流閾值(0.0077)，而擠出成型法制備的復(fù)合材料由于碳納米管在整個(gè)聚合物基體中實(shí)現(xiàn)了均勻分散而獲得了最高的滲流閾值(0.072)。
　　 對(duì)于利用逾滲效應(yīng)提高介電常數(shù)的復(fù)合材料

3、而言，填料的形狀和尺寸會(huì)大大地影響復(fù)合材料的介電性能，因此本論文還研究了不同長(zhǎng)徑比的碳納米管填充的復(fù)合材料體系滲流閾值及臨界指數(shù)的變化規(guī)律。二者隨著碳納米管長(zhǎng)徑比的增加呈現(xiàn)了相同的變化趨勢(shì)，即先增加后減小。而且長(zhǎng)徑比較大的碳納米管體系在接近滲流閾值時(shí)顯示出較高的介電常數(shù)。
　　 第三，對(duì)于形變對(duì)材料介電性能的影響，本論文分別研究了材料拉伸至斷裂時(shí)、拉伸至不同位移時(shí)及熱拉伸時(shí)材料介電性能的變化。利用二階張量對(duì)拉伸后樣品中碳納米管的

4、取向狀態(tài)進(jìn)行了定量的表征，同時(shí)采用阻抗分析的方法對(duì)復(fù)合材料介質(zhì)響應(yīng)的物理意義進(jìn)行了模擬，給出了體系對(duì)應(yīng)的等效電路。
　　 第四，為了降低MWNT/PVDF兩相體系的介電損耗，并進(jìn)一步提高復(fù)合材料的介電常數(shù)，本論文研究了第三相陶瓷顆粒的引入對(duì)復(fù)合材料電性能的影響。陶瓷顆粒鈦酸鋇的添加，促進(jìn)了碳納米管導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，而含量進(jìn)一步增加時(shí)，破壞導(dǎo)電通路的作用則變得明顯，但可獲得高介電常數(shù)，低介電損耗的性能。
　　 最后，為改善碳