高介電常數(shù)聚偏氟乙烯基復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著電子設(shè)備向微型化和多功能化的發(fā)展,印刷電路板上大量的無源器件阻礙了其微型化的實(shí)現(xiàn),嵌入式無源器件則是解決該問題的最有效途徑,然而由于材料和加工工藝的限制,嵌入式技術(shù)在電子封裝領(lǐng)域并未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。因此,研發(fā)一種新型材料同時滿足電學(xué)性能和制造工藝的要求是十分有必要的,聚合物基復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生。本論文選取不同顆粒尺寸的巨介電常數(shù)Ba(Fe0.5Nb0.5)O3作為陶瓷填料,金屬Ni粉作為導(dǎo)電填料,聚偏氟乙烯(PVDF)作為聚合物基體,

2、旨在研發(fā)一種具有高介電常數(shù)和低介電損耗的新型聚合物基復(fù)合材料,并揭示復(fù)合材料介電常數(shù)的非線性增強(qiáng)機(jī)制。本論文的主要研究內(nèi)容如下:
  采用傳統(tǒng)固相法制備了微米級Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉體(μ-BFN),并系統(tǒng)研究μ-BFN/PVDF復(fù)合材料的介電性能,結(jié)果表明,隨著μ-BFN體積分?jǐn)?shù)的增加,μ-BFN/PVDF復(fù)合材料的介電常數(shù)和介電損耗都有所提高;在100 Hz下,60 vol.%μ-BFN/PVDF復(fù)合材料的介電常數(shù)

3、達(dá)到57,是PVDF的介電常數(shù)的六倍左右,介電損耗僅為0.23;在PVDF基體中引入μ-BFN填料,可以明顯提高PVDF基復(fù)合材料的介電常數(shù),同時維持較低的介電損耗;以μ-BFN粉體作為功能相填料為制備高介電常數(shù)PVDF基復(fù)合材料提供了新思路。
  用草酸鹽共沉淀法制備了納米級Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉體(n-BFN),并系統(tǒng)研究n-BFN/PVDF復(fù)合材料的介電性能,結(jié)果表明,n-BFN/PVDF復(fù)合材料的相對介電常數(shù)、

4、介電損耗和電導(dǎo)率都隨n-BFN體積分?jǐn)?shù)的增大而增大,60 vol.% n-BFN/PVDF復(fù)合材料的介電常數(shù)為PVDF的9倍多,其值高達(dá)93,表明通過引入n-BFN填料粒子,PVDF基復(fù)合材料的相對介電常數(shù)值得到顯著提高;利用Yamada模型深入分析了n-BFN/PVDF復(fù)合材料介電增強(qiáng)現(xiàn)象,表明填料的幾何因素對復(fù)合材料的介電性能有較大影響。
  通過對比發(fā)現(xiàn),當(dāng)填料BFN的體積分?jǐn)?shù)相同時,n-BFN/PVDF復(fù)合材料比μ-BFN

5、/PVDF復(fù)合材料表現(xiàn)出更高的介電常數(shù),損耗并沒有顯著變化。介電常數(shù)的提高來源于n-BFN/PVDF復(fù)合材料中較大的界面面積所引起的界面極化,而較低的介電損耗歸因于絕緣PVDF的阻隔效應(yīng);降低填料尺寸可作為改善高介電陶瓷粉體/聚合物復(fù)合材料介電性能的一種有效途徑。
  根據(jù)滲流理論,當(dāng)Ni粉的添加量為25 vol.%時,Ni/PVDF復(fù)合材料發(fā)生滲流現(xiàn)象,其介電常數(shù)高達(dá)301,然而其介電損耗也高達(dá)5.2。為了降低Ni/PVDF復(fù)合

6、材料介電損耗,通過引入n-BFN作為第三相,制備了n-BFN/Ni/PVDF三相復(fù)合材料。50 vol.% n-BFN/25 vol.% Ni/PVDF復(fù)合材料表現(xiàn)出最佳的介電性能,其介電常數(shù)高達(dá)475,而介電損耗僅為0.61。通過對比Ni/PVDF兩相復(fù)合材料和n-BFN/Ni/PVDF三相復(fù)合材料,三相復(fù)合材料綜合了導(dǎo)體/聚合物復(fù)合材料的高介電常數(shù)和陶瓷/聚合物復(fù)合材料的低介電損耗,表現(xiàn)出更加優(yōu)異的介電性能,n-BFN的引入不僅進(jìn)一

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