鈦酸鋇-導(dǎo)電粒子-聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜的制備與介電性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電力電子系統(tǒng)領(lǐng)域迫切需要性能更為卓越的介電材料。其中，包括柵介質(zhì)，高儲能密度電容器以及電活性材料等在內(nèi)的微電子器件均要求納米復(fù)合材料在具有高介電常數(shù)和介電強(qiáng)度的同時，依然擁有低介電損耗、高的擊穿場強(qiáng)和良好的韌性。本文通過對于無機(jī)填料粒子的表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)控復(fù)合材料的介電性能，并且對于填充相復(fù)合粒子與復(fù)合薄膜介電性能的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行研究分析。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　利用化學(xué)鍍的方法將Ni納米粒子非連續(xù)

2、沉積在BaTiO3(BT)陶瓷粉體表面，制備BT-Ni復(fù)合粉體。并在此基礎(chǔ)上，將BT-Ni復(fù)合粉體和聚偏氟乙烯(PVDF)熔融共混，制備BT-Ni/PVDF復(fù)合薄膜。對復(fù)合材料進(jìn)行介電性能研究發(fā)現(xiàn)，Ni納米粒子增加了BT和PVDF基體之間的界面電導(dǎo)進(jìn)而提升了空間電荷極化和MWS效應(yīng)，當(dāng)BT-Ni的填充體積分?jǐn)?shù)為20vol.％時，復(fù)合薄膜的介電常數(shù)在100Hz時達(dá)到了61，是同樣體積分?jǐn)?shù)BT/PVDF的2.58倍。Ni納米粒子緊密的沉積在

3、BT粒子表面，降低了Ni納米粒子相互接觸，使得在PVDF基體中很難形成持續(xù)的導(dǎo)電通路，顯著抑制了復(fù)合薄膜介電損耗和電導(dǎo)率的增加，20vol.％ BT-Ni/PVDF復(fù)合薄膜的介電損耗和電導(dǎo)率分別為0.03和1×10-8S/m。
　　利用共沉淀法制備BT-Fe3O4復(fù)合粉體，并在此基礎(chǔ)上利用溶液共混和熱壓成型工藝制備三明治結(jié)構(gòu)的BT-Fe3O4/PVDF復(fù)合薄膜。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e3O4納米粒子的加入，使得復(fù)合薄膜的介電常數(shù)顯著增加，然

4、而Fe3O4納米粒子也增加了電荷傳導(dǎo)，介電損耗和電導(dǎo)率也顯著增加。當(dāng)加入中間PVDF層后，在略微降低介電常數(shù)的情況下，復(fù)合薄膜的介電損耗和電導(dǎo)率得到大幅度降低。通過計(jì)算界面活化能Ea，可以發(fā)現(xiàn)Fe3O4納米粒子的加入顯著增加了界面極化。同時，中間PVDF層有效的抑制自由電荷的傳導(dǎo)，顯著降低了介電損耗。此外，當(dāng)電場強(qiáng)度為2100kV/cm時，5vol.％ BT-Fe3O4/PVDF-S儲能密度達(dá)到了2.24J/cm3，儲能效率依然保持在6