滲流型β相聚偏氟乙烯基復(fù)合厚膜材料的制備和介電性能研究.pdf

1、隨著電力電子設(shè)備發(fā)展的日新月異,高儲(chǔ)能電容器向多功能,小型化的方向發(fā)展.高介電常數(shù)的柔性聚合物基電介質(zhì)復(fù)合材料在電子工業(yè)領(lǐng)域可能有廣泛的應(yīng)用前景,它可以被用來制作具有任意形狀的多層片式電容器,因此提高電介質(zhì)材料的介電常數(shù)具有非常重要的意義. 根據(jù)滲流理論,對(duì)于導(dǎo)體/聚合物復(fù)合材料,當(dāng)導(dǎo)體的體積分?jǐn)?shù)逼近滲流閾值時(shí),復(fù)合材料的介電常數(shù)將發(fā)生非線性變化且大幅提高.因此,滲流理論對(duì)于制備高介電常數(shù)聚合物基復(fù)合材料是十分有意義的.

2、 本文利用滲流理論,研究了以聚偏氟乙烯(PVDF)柔性聚合物與聚偏氟乙烯/鈦酸鋇為基體,成本低廉的乙炔黑粉末作為填料制備的復(fù)合厚膜的微結(jié)構(gòu)和介電性能.以DMF為溶劑,采用浸漬提拉法制備了PVDF厚膜,PVDF/AB復(fù)合厚膜,PVDF/BT復(fù)合厚膜,PVDF/BT/AB復(fù)合厚膜,利用XRD和SEM等手段對(duì)材料的物相組成和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,利用阻抗分析儀等儀器對(duì)材料的介電性能進(jìn)行了研究. 研究結(jié)果表明,在較低溫度下(60℃),由于基

3、板的誘導(dǎo)作用,得到的PVDF厚膜呈β相結(jié)構(gòu),其介電常數(shù)比較高.熱處理時(shí)間對(duì)其晶相的形成,晶相的含量和介電性能均無影響.當(dāng)乙炔黑的體積分?jǐn)?shù)在f=1.3﹪附近,亦即處于滲流閾值附近時(shí),PVDF/AB復(fù)合厚膜呈現(xiàn)顯著的滲流效應(yīng),材料的介電常數(shù)大幅度提高,介電常數(shù)達(dá)到56左右,是PVDF基體的7～8倍.在復(fù)合體系中,由于乙炔黑具有長條形鏈狀結(jié)構(gòu),比球形顆粒更易相互連接形成滲流通路,其滲流閾值明顯低于典型滲流閾值.此超低的滲流閾值,即極少的無機(jī)粒

4、子添加量即可保證復(fù)合厚膜良好的彈性和加工性能.此外,PVDF/AB復(fù)合厚膜的介電損耗在滲流閾值附近保持在0.15以下可能是由于復(fù)合體系中的非晶相的存在.在低頻下,PVDF/AB復(fù)合厚膜的介電常數(shù)并不隨著頻率的變化而變化,這表明了在復(fù)合體系中并不存在空間電荷極化效應(yīng). 研究結(jié)果還表明,當(dāng)鈦酸鋇體積分?jǐn)?shù)等于30﹪,PVDF/BaTiO<,3>(BT)復(fù)合厚膜介電常數(shù)最大.當(dāng)BaTiO<,3>體積分?jǐn)?shù)小于30﹪,復(fù)合材料的介電常數(shù)隨B

5、aTiO<,3>體積分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì)與Maxwell-Garnett方程計(jì)算出的理論值相符;而當(dāng)BaTiO<,3>體積分?jǐn)?shù)大于30﹪時(shí),復(fù)合材料的介電常數(shù)隨BaTiO<,3>體積分?jǐn)?shù)增加而下降,與Bruggemant方程計(jì)算理論值不相符.這是因?yàn)殡S著BT的含量的增加,PVDF不能很好結(jié)晶,復(fù)合厚膜的微觀結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)較大孔洞,材料徹底失去彈性.在滲流閾值(f<,AB>=3.3﹪)附近,PVDF/BT(f<,BT>=30﹪)/AB復(fù)合厚膜的介電