PVDF基介電復(fù)合膜的研究.pdf

1、隨著電子工業(yè)的發(fā)展，要求電介質(zhì)材料具有更高的介電常數(shù)、更低的介電損耗。傳統(tǒng)的陶瓷材料具有非常高的介電常數(shù)，但是制備工藝復(fù)雜、易脆且介電損耗較大，將它們制成電容器，在充電和放電的過程中還會(huì)發(fā)生機(jī)械共振，大大降低了其壽命。有機(jī)聚合物柔韌性好、介電損耗低、易于加工，但是介電常數(shù)較低。為了獲得高介電性能的電介質(zhì)材料，科研工作者們做了大量的工作。一種方法是將高介電常數(shù)的陶瓷添加到聚合物中，制備了陶瓷-聚合物復(fù)合材料。高含量的陶瓷雖然能夠提高復(fù)合材

2、料的介電常數(shù)，但是降低了復(fù)合材料的柔韌性。另一種方法是將導(dǎo)電材料添加到聚合物中，復(fù)合材料在滲流閾值處的介電常數(shù)可以提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，但是介電損耗也會(huì)相應(yīng)的增加。因此，制備高介電性能的聚合物基復(fù)合材料具有非常重要的意義。
　　 本論文以聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)為基體，制備了不同填料的復(fù)合膜材料。通過對(duì)復(fù)合膜的微觀形貌、結(jié)晶行為、介電性能等表征，探討了填料對(duì)復(fù)合膜性能的影響。主要研究內(nèi)容如下:

3、
　　 (1)通過溶膠凝膠法制備了不同晶型的二氧化鈦(TiO2)，并制備了TiO2/PVDF-TrFE復(fù)合膜。掃描電鏡表明TiO2能夠較好地分散在PVDF-TrFE基體中，并對(duì)復(fù)合膜的結(jié)晶行為起著非常重要的作用。少量的TiO2有利于PVDF-TrFE在其表面結(jié)晶，提高了復(fù)合膜的結(jié)晶度;大量的TiO2則破壞了PVDF-TrFE的分子鏈的規(guī)整度，降低了復(fù)合膜的結(jié)晶度。此外，金紅石型二氧化鈦更有利于PVDF-TrFE在其表面結(jié)晶。介電

4、測試結(jié)果表明復(fù)合膜的介電常數(shù)隨著TiO2摻雜量的增加而增大。在相同的摻雜量下，摻雜金紅石型二氧化鈦復(fù)合膜的介電常數(shù)要高于摻雜銳鈦礦型二氧化鈦復(fù)合膜的介電常數(shù)。高溫加速了PVDF-TrFE的分子運(yùn)動(dòng)，增加了二氧化鈦的電導(dǎo)率，從而提高了復(fù)合膜的介電常數(shù)和介電損耗。
　　 (2)將納米級(jí)的Ni-TiO2添加到PVDF-TrFE中，研究了Ni-TiO2對(duì)復(fù)合膜結(jié)晶性能、介電性能的影響。結(jié)果表明Ni-TiO2的加入使得PVDF-TrFE由

5、極性的β相向非極性的晶相轉(zhuǎn)變;復(fù)合膜的介電常數(shù)隨著Ni-TiO2摻雜量的增加而增加，介電損耗依然保持著較低的數(shù)值（0.046-0.064）。在相同的Nix-TiO2摻雜量下，復(fù)合膜的介電常數(shù)隨著Nix-TiO2中Ni含量的增加而增加，介電損耗幾乎沒有發(fā)生變化。
　　 (3)通過水熱法制備了Na2Ti2O4(OH)2納米管，并將納米管添加到PVDF中。掃描電鏡表明Na2Ti2O4(OH)2納米管能夠較好的分散在PVDF中，隨著摻雜

6、量的增加，納米管在PVDF中逐漸形成導(dǎo)通的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。DSC結(jié)果表明Na2Ti2O4(OH)2納米管影響了復(fù)合膜的結(jié)晶性能。少量的納米管有利于PVDF在其表面結(jié)晶，提高了復(fù)合膜的結(jié)晶度。隨著納米管的增加，納米管破壞了PVDF分子鏈的規(guī)整度，降低了復(fù)合膜的結(jié)晶度。介電測試結(jié)果表明Na2Ti2O4(OH)2納米管大幅度的提高了Na2Ti2O4(OH)2/PVDF、Na2Ti2O4(OH)2/PVDF-TrFE復(fù)合膜的介電性能。當(dāng)摻雜量為18

7、vol％時(shí)，Na2Ti2O4(OH)2/PVDF復(fù)合膜在100Hz的介電常數(shù)高達(dá)178.7，約為PVDF的20倍;Na2Ti2O4(OH)2/PVDF-TrFE復(fù)合膜的介電常數(shù)則高達(dá)330，約為PVDF-TrFE的25倍。經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合滲流模型。向聚合物中添加Na2Ti2O4(OH)2納米管大幅度提高復(fù)合材料的介電常數(shù)，相關(guān)文獻(xiàn)至今未見報(bào)道。
　　 (4)通過水熱法制備了核殼型Ag@C納米材料，銀核的大小為100-12

8、0nm，碳?xì)さ拇笮?0-80nm。將核殼型Ag@C納米材料分別添加到PVDF、PVDF-TrFE中，研究了核殼型Ag@C納米材料對(duì)PVDF系列聚合物熱力學(xué)穩(wěn)定性、結(jié)晶性能、介電性能的影響。掃描電鏡表明Ag@C均勻的分散在PVDF、PVDF-TrFE中，并未發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，這是由于核殼型Ag@C納米材料表面的羥基與氟原子產(chǎn)生氫鍵，從而提高了它們之間的相容性。DSC測試結(jié)果表明Ag@C的加入降低了復(fù)合膜的結(jié)晶度。介電測試結(jié)果表明Ag@C/P