高介電常數(shù)樹脂基復(fù)合材料的研究.pdf

1、高介電常數(shù)復(fù)合材料是目前重要的功能材料，其具有良好的儲存電能和均勻電場的作用，在包括航空航天、電子信息、電氣絕緣在內(nèi)的眾多尖端工業(yè)領(lǐng)域扮演重要角色。而導(dǎo)體/聚合物復(fù)合材料是制備高介電常數(shù)材料的重要形式，但是卻導(dǎo)致介電損耗很大，嚴(yán)重限制其應(yīng)用。因此，研制兼具高介電常數(shù)和低介電損耗的導(dǎo)體/聚合物復(fù)合材料成為當(dāng)今高介電常數(shù)材料的重點(diǎn)和難點(diǎn)，具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
　　本研究工作的目的和意義主要是制備具有優(yōu)異介電性能的高介電常數(shù)樹

2、脂基復(fù)合材料，主要體現(xiàn)在增加復(fù)合材料的介電常數(shù)，同時降低介電損耗。由于復(fù)合材料的介電性能取決于填料、樹脂、填料在樹脂中的的分散性以及它們之間的界面作用，所以根據(jù)以上決定復(fù)合材料的性能的因素制定并且開展了以下兩方面的研究工作：
　　首先，選取膨脹石墨（EG）作為導(dǎo)體填料，CaCu3TiO12（CCTO）作為陶瓷材料，氰酸酯樹脂（CE）作為樹脂基體。首先用硅氧烷偶聯(lián)劑（KH550）和鈦酸酯偶聯(lián)劑（TC-WT）分別對CCTO和EG進(jìn)行表

3、面處理，測試數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，兩種偶聯(lián)劑成功的接枝到了各自填料的表面。將改性后的和未改性的EG作為導(dǎo)體填料，CE作為樹脂基體制備兩組二元復(fù)合材料，并且對其進(jìn)行介電性能的測試和分析。結(jié)果表明，經(jīng)過改性后的EG在CE樹脂中具有更好的分散性和樹脂之間的界面結(jié)合力，因此改性過后的EG為導(dǎo)體制備的復(fù)合材料具有更高的介電常數(shù)和較低的介電損耗。以改性后的CCTO作為陶瓷填料，以改性和未改性的EG作為導(dǎo)體填料，分別制備了兩組三元復(fù)合材料。與二元復(fù)合材料相比

4、，三元復(fù)合材料具有更優(yōu)異的介電性能，即具有更高的介電常數(shù)和相對較低的介電損耗，這是因?yàn)镃CTO與EG在樹脂內(nèi)部的協(xié)同效應(yīng)引起的。與以未改性的EG作為填料的三元復(fù)合材料相比，改性后的EG在CE樹脂中與改性后的CCTO之間的協(xié)同效應(yīng)增強(qiáng)，不僅存在物理剪切作用還存在的化學(xué)鍵合作用，以改性后的EG為導(dǎo)體的三元復(fù)合材料具有更高的介電常數(shù)和較低的介電損耗，并且由于填料之間的協(xié)同效應(yīng)的增強(qiáng)，改性后的EG在樹脂中的分散性較好，從而導(dǎo)致復(fù)合體系的滲流閾值

5、提高。
　　其次，本文還研究了TiB2/EP復(fù)合材料的電性能和介電性能。研究結(jié)果表明，復(fù)合材料的滲流閾值為13vol%。通過模擬阻抗，得到了TiB2/EP復(fù)合材料的等效電路，并討論了其本質(zhì)。考察了不同氧化時間下的On-TiB2的結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明，On-TiB2具有完全不同于TiB2的結(jié)構(gòu)，前者表面含有TiO2。而隨著氧化時間的增加，TiO2的厚度逐漸增大，并逐步完全包覆住TiB2，形成核殼結(jié)構(gòu)。根據(jù)TiB2/EP復(fù)合材料的研究結(jié)

6、果，采用微波固化法設(shè)計制備了On-TiB2含量為25vol%的復(fù)合材料（On-TiB225/EP），系統(tǒng)研究了On-TiB2氧化時間對復(fù)合材料的電性能和介電性能的影響。隨著氧化時間的增加，On-TiB225/EP復(fù)合材料的介電常數(shù)先升高后下降，20min為最優(yōu)的氧化時間。在此基礎(chǔ)上，以氧化20min的氧化TiB2（記為O20-TiB2）為導(dǎo)體，設(shè)計制備了具有不同O20-TiB2含量的復(fù)合材料。與TiB2/EP復(fù)合材料相比，O20-TiB