高介電常數(shù)聚合物基復(fù)合材料的研究.pdf

1、高介電常數(shù)材料是一種應(yīng)用前景非常廣泛的絕緣材料,它有著很好的儲(chǔ)存電能和均勻電場(chǎng)的性能,在電子、電機(jī)和電纜行業(yè)中都有非常重要的應(yīng)用。因此,提高電介質(zhì)材料的介電常數(shù)具有重大意義。具有輕質(zhì)、易加工、低成本和良好機(jī)械性能等優(yōu)點(diǎn)的高介電常數(shù)聚合物基復(fù)合材料正受到世界廣泛地關(guān)注。在現(xiàn)有的高介電常數(shù)聚合物基復(fù)合材料體系中,與兩相的陶瓷/聚合物復(fù)合材料及導(dǎo)體/聚合物復(fù)合材料相比,導(dǎo)體/陶瓷/聚合物復(fù)合材料三相復(fù)合材料具有更高的介電常數(shù)。因此,開展導(dǎo)體/

2、陶瓷/聚合物三相復(fù)合材料的研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 目前此類復(fù)合體系研究選用的導(dǎo)體材料多為金屬、石墨及碳納米管等無(wú)機(jī)材料,采用導(dǎo)電高分子聚苯胺(PANI)作為導(dǎo)體的研究較少。在復(fù)合體系的制備工藝方面,目前絕大多數(shù)研究采用的是傳統(tǒng)的機(jī)械共混法及溶液共混法,而對(duì)于能將體系多相組分更好復(fù)合的原位聚合法制備工藝鮮見報(bào)道。
　　 本論文采用原位聚合工藝,制備出一類導(dǎo)體(PANI)/陶瓷(BaTiO3)二元復(fù)合材料前驅(qū)體,進(jìn)而

3、以綜合性能優(yōu)異的環(huán)氧樹脂(Epoxy)作為基體,制備出導(dǎo)體(PANI)/陶瓷(CCTO)/聚合物(Epoxy)三相復(fù)合材料。分別研究了兩類復(fù)合材料體系的微觀形貌、電學(xué)性能、介電性能及熱性能,從而為這類新型聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用提供理論及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　 通過(guò)原位聚合法制備了鹽酸(HCI)及十二烷基苯磺酸酸(DBSA)摻雜體系的PANI(HCl)/BaTiO3(K)及PANI(DBSA)/BaTiO3(K)復(fù)合材料前驅(qū)體,二者均呈

4、現(xiàn)PANI包覆BaTiO3的核殼結(jié)構(gòu)。對(duì)比研究了PANI([HCl)/BaTiO3(K)及PANI(DBSA)/BaTiO3(K)復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性、電導(dǎo)率及介電性能。與PANI(HCI)/BaTiO3(K)相比,PANI(DBSA)/BaTiO3(K)復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性明顯提高,且具有更高的電導(dǎo)率和介電常數(shù)。
　　 通過(guò)原位聚合法制備了PANI/CCTO/Epoxy復(fù)合材料,研究了Epoxy樹脂、CCTO/Epoxy和PANI

5、/CCTO/Epoxy復(fù)合體系的固化反應(yīng)性。凝膠時(shí)間及DSC分析表明,CCTO及PANI的加入均對(duì)Epoxy的固化產(chǎn)生了阻礙作用,降低了體系的固化速率。SEM研究表明,填料CCTO及PANI分散性良好,與Epoxy基體有較好的相容性。通過(guò)DMA及TG手段研究了復(fù)合材料的熱性能。DMA研究表明,隨著CCTO及PANUCCTO混合填料的加入,復(fù)合材料的Tg逐漸下降。TG研究顯示,CCTO(K)200％/Epoxy復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性最優(yōu),PA

6、NI5％/CTO(K)20％/Epoxy次之,二者較樹脂基體Epoxy的耐熱性能均有提高。通過(guò)寬頻介電譜儀研究了復(fù)合材料的電導(dǎo)率及介電性能。研究表明,PANI m/CCTO(K)20％/Epoxy復(fù)合材料的滲流閾值在0.06左右,復(fù)合材料的電導(dǎo)率、介電常數(shù)和介電損耗在滲流閾值附近顯著突變。當(dāng)PANI的體積分?jǐn)?shù)低于滲流閾值時(shí),復(fù)合材料的介電常數(shù)隨頻率的變化很小；當(dāng)PANI的體積分?jǐn)?shù)接近滲流閾值時(shí),復(fù)合材料的介電常數(shù)隨PANI含量的增大迅速