高介電常數(shù)氰酸酯樹脂基復(fù)合材料的研究.pdf

1、高介電常數(shù)材料是當(dāng)今功能材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，其在電子元器件、機(jī)械、航空航天和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值。相對于傳統(tǒng)的高介電常數(shù)無機(jī)材料，聚合物基復(fù)合材料以其輕質(zhì)、良好的工藝性和韌性而受到了廣泛關(guān)注。
　　近年來，最為熱門的碳導(dǎo)體材料以其獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的導(dǎo)電性在高介電復(fù)合材料研究方面具有無比巨大的前景。然而，納米碳材料在作為功能體加入樹脂基體中時，若不進(jìn)行表面處理，則存在非常明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。另一方面，離子容易被禁錮在

2、交聯(lián)固化樹脂當(dāng)中而無法遷移，若離子液體在樹脂基體中形成微相分離乃至雙連續(xù)相，構(gòu)成離子導(dǎo)通通道，此時的復(fù)合材料將會具有改善的離子電導(dǎo)率，復(fù)合材料將會有更好的介電性能。本文的研究工作主要包括以下兩部分。
　　首先，我們成功合成了新型環(huán)氧基功能化離子液體（e-VimiBF4）并通過π陽離子-π相互作用制備了一種新型的聚離子液體/石墨烯雜化體（PIL-TrGO）。使PIL成功負(fù)載于TrGO表面，石墨烯雜化體保持了TrGO優(yōu)異的電導(dǎo)率（10

3、-2S/cm），在此基礎(chǔ)上將PIL-TrGO雜化體加入到氰酸酯（CE）樹脂中，制備了PIL-TrGO/CE復(fù)合材料，系統(tǒng)研究了復(fù)合材料的介電性能。研究結(jié)果表明，與TrGO/CE復(fù)合材料相比，PIL-TrGO/CE復(fù)合材料的介電性能更為優(yōu)異。在接近復(fù)合材料滲流閾值（fc）時，100Hz下，1PIL-TrGO/CE復(fù)合材料的介電常數(shù)和介電損耗分別為0.6TrGO/CE復(fù)合材料的13倍和0.57倍，三元復(fù)合材料的滲流閾值也僅只有0.94wt％

4、。三元復(fù)合材料較高的介電常數(shù)是由于所制得的PIL-TrGO雜化體在復(fù)合材料中具有很好的分散性和相容性，且雜化體中PIL表層上的環(huán)氧基官能團(tuán)可以與CE發(fā)生共聚反應(yīng)，增加了PIL-TrGO雜化體在樹脂基體中的分散穩(wěn)定性，從而大大增加了復(fù)合材料中微電容結(jié)構(gòu)。此外，高極性的PIL包覆層可以引入更多的極性界面，增加了Maxwell-Wagner-Sillars（MWS）極化作用。而較低的介電損耗是由于電子絕緣的PIL存在于石墨烯表面，阻礙了電子導(dǎo)

5、通通道的形成。
　　其次，研究了復(fù)合材料中離子電導(dǎo)對其介電性能的影響。設(shè)計(jì)制備了具有分相結(jié)構(gòu)的PIL/CE復(fù)合材料，并在復(fù)合材料中引入鋰鹽，利用鋰離子的高電荷遷移率，制備了 Li+/PIL/CE高介電常數(shù)復(fù)合材料，并對其進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明隨著PIL含量的增大，復(fù)合材料中出現(xiàn)了微相分離；PIL相在基體中均勻分散，且相疇大小在200nm-500nm左右。所制備的Li+/PIL/CE三元復(fù)合材料具有較優(yōu)的介電性能，100Hz下

6、10Li+/PIL/CE的介電常數(shù)是10PIL/CE二元復(fù)合材料的6.6倍，三元復(fù)合材料的電容值在較大頻率范圍（102-106Hz）內(nèi)也比10PIL/CE復(fù)合材料高出將近一個數(shù)量級。這是由于環(huán)氧基功能化的PIL可以與CE樹脂發(fā)生共聚反應(yīng)，微相分離的PIL相在CE樹脂基體中具有優(yōu)良的分散性，可以形成大量的界面區(qū)域。此外，Li+也可以在PIL相中通過跳躍機(jī)制和聚合物長鏈的鏈段運(yùn)動形成離子電導(dǎo)，使得MWS界面極化作用顯著增強(qiáng)。正負(fù)電荷可以在P