PANI-PVDF基復(fù)合介電材料的制備與性能研究.pdf

1、本文以PVDF為基體，引入相容性好、極化能力優(yōu)異的聚苯胺（PANI）納米粒子，以及采用納米復(fù)合技術(shù)制備的鈦酸鋇/聚苯胺(BT@PANI）和銀/聚苯胺（Ag@PANI）功能填料，制備了不同復(fù)合體系的高介電常數(shù)、低介電損耗的聚合物基納米復(fù)合材料。在大幅度提高復(fù)合材料介電常數(shù)的同時(shí)，有效控制了材料的介電損耗，并賦予了復(fù)合材料優(yōu)異的頻率和溫度穩(wěn)定性。研究了填料對(duì)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的影響規(guī)律，結(jié)合電介質(zhì)物理理論，分析了影響復(fù)合材料介電性能

2、的物理機(jī)制。
　　主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果如下：
　?。?）以冰凍法合成的納米聚苯胺（PANI）為填充相，制備了PANI/PVDF全有機(jī)介電復(fù)合材料。結(jié)果表明：冰凍法合成了良好分散性、直徑約30 nm的PANI顆粒；在頻率1 kHz下，PANI填充量為10 wt％時(shí)，復(fù)合材料的介電常數(shù)為35，介電損耗僅為0.06，介電復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的頻率穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。與PVDF相比，復(fù)合材料介電常數(shù)明顯提高，介電損耗相差甚小。復(fù)合材

3、料優(yōu)異的介電性能一方面歸因于納米PANI的極化能力，另一方面是納米PANI的引入使PVDF晶型由非極性?相向極性?相轉(zhuǎn)變，從而充分發(fā)揮了PVDF基體的功能性。
　?。?）將高介電常數(shù)的BT引入PANI/PVDF體系中制備了BT/PANI/PVDF三相復(fù)合材料。結(jié)果表明：在1 kHz下，h-BT填充量為30 wt%時(shí)，BT/PANI/PVDF三相復(fù)合材料的介電常數(shù)高達(dá)49，介電損耗僅為0.12。與傳統(tǒng)的BT/PVDF兩相復(fù)合材料相比

4、，三相復(fù)合材料顯示出更優(yōu)異的頻率和溫度穩(wěn)定性。PANI的引入縮小了陶瓷顆粒和聚合物基體的介電常數(shù)差值，提高了電場(chǎng)作用的均勻性，使復(fù)合材料的介電常數(shù)顯著提高，介電損耗無明顯增加。
　?。?）通過在h-BT表面原位引發(fā)丙烯酸（AA）單體聚合，制備了聚丙烯酸（PAA）改性的BT粒子，并利用PAA和苯胺（An）陽離子的相互作用，采用原位聚合法制備了BT@PANI核殼納米復(fù)合顆粒，并以其為填充相制備了BT@PANI/PVDF復(fù)合介電材料。結(jié)

5、果表明：BT@PANI/PVDF復(fù)合材料在填充量30 wt%時(shí)出現(xiàn)滲流閾值，該填充量下復(fù)合材料介電常數(shù)高達(dá)250，與PVDF相比，介電常數(shù)提高了30倍。在頻率1 kHz下，當(dāng)BT@PANI填充量為20 wt%，復(fù)合材料的介電常數(shù)為80，介電損耗僅為0.79，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料低填充量、高介電常數(shù)和低介電損耗的平衡。復(fù)合材料介電性能的提高歸因于BT@PANI填料在PVDF基體中的均勻分布及二者間的良好界面結(jié)合。
　　（4）通過溶液聚合和