摘要: 未来脉冲电容器需要介电材料具有高的工作电压，介电常数，能量密度及短期充电/放电次数等性能。单一种类的材料，如陶瓷或聚合物很难实现这一目标。虽然聚合物材料具有良好的柔韧性和加工性以及损耗低等优点，但其介电常数都比较低。目前备受关注的是... 展开 未来脉冲电容器需要介电材料具有高的工作电压，介电常数，能量密度及短期充电/放电次数等性能。单一种类的材料，如陶瓷或聚合物很难实现这一目标。虽然聚合物材料具有良好的柔韧性和加工性以及损耗低等优点，但其介电常数都比较低。目前备受关注的是复合材料特别是纳米改性聚合物基复合材料，利用这种方法制备出的材料在保留聚合物材料优点的同时，能极大地提高材料的介电常数，在电子元器件领域具有可观的应用前景。 本文以聚偏氟乙烯(PVDF)柔性聚合物为基体，选择三种不同特性的粒子(核壳结构 TiC@AlOOH、羟基化石墨微片及金属Ag粒子)为填料，制备出一系列填料含量不同的PVDF基复合薄膜。对这三种复合薄膜的结构性能等进行表征，探讨不同填料对复合薄膜的结构及性能的影响。实验结果表明：采用非均相成核法制备的TiC@AlOOH粒子具有典型的核壳结构，AlOOH壳层厚度在5~10 nm左右。TiC@AlOOH粒子在 PVDF复合薄膜中存在轻微的团聚现象。XRD分析表明，引入TiC@AlOOH粒子促进了PVDF薄膜由多相共存向铁电性能优异的相转变。热分析表明，引入纳米粒子降低了薄膜的初始热分解温度。宽频介电谱分析表明，复合薄膜的介电常数及介电损耗与填料含量间呈正相关。当填料含量达27 wt%时，复合薄膜的介电常数由34.1(填料含量20 wt%)突增至7.18?104，表明此时填料含量已达到或接近渗流阈值。在10-1-104 Hz频率范围内，复合薄膜的电导率达4.3310-7 Scm-1且保持不变，在104-107 Hz频率范围内其电导率随着频率的增加而增加。当以羟基化石墨微片为填料时，扫描电镜表明所制备的石墨微片直径为微米级且能较好的分散在PVDF基体中。石墨微片的引入对PVDF薄膜的相变影响不大。热分析显示，石墨微片的加入降低了复合薄膜的热稳定性。宽频介电谱测试表明，在100 Hz测试频率下，当石墨微片的掺杂量≤3 wt.%时复合薄膜的介电常数最高为36。当掺杂量提高至5 wt%时，复合薄膜的介电常数突增至6.5×105，介电损耗与其介电常数变化相似。在10-1-105 Hz频率范围内，其电导率为5.5×10-6 Scm-1，在105-107 Hz频率范围内，复合薄膜的电导率随着频率的增加而增加，此时复合薄膜的击穿场强为0.63 kV/mm，其储能密度为1.29 J/cm3，是纯膜的75倍。当选择银粒子为填料时，扫描电镜分析表明，乙二醇法制备的银粒子大多数呈棒状，也有部分呈球型，且均匀分散在PVDF基体中。随着银粒子含量的增加，银的特征峰强度增加，并使得多相共存的PVDF向压电性能优异的相转变，增加了复合薄膜的热稳定性。在测试频率为100 Hz时， PVDF的介电常数为9.2，含20 wt%银的复合薄膜介电常数则达到14且随频率变化相对稳定。随着频率的增加，复合薄膜的介电损耗先降后升，而复合薄膜的电导率随着频率增加而增加。随着银含量的增加，复合薄膜的击穿场强先升高后降低，10 wt%时为22.39 kV/mm，此时复合材料的储能密度为0.026 J/cm3与纯膜相比略有增加。 收起