高介電PVDF基復(fù)合薄膜的制備與性能研究.pdf

1、未來(lái)脈沖電容器需要介電材料具有高的工作電壓，介電常數(shù)，能量密度及短期充電/放電次數(shù)等性能。單一種類的材料，如陶瓷或聚合物很難實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。雖然聚合物材料具有良好的柔韌性和加工性以及損耗低等優(yōu)點(diǎn)，但其介電常數(shù)都比較低。目前備受關(guān)注的是復(fù)合材料特別是納米改性聚合物基復(fù)合材料，利用這種方法制備出的材料在保留聚合物材料優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，能極大地提高材料的介電常數(shù)，在電子元器件領(lǐng)域具有可觀的應(yīng)用前景。
　　本文以聚偏氟乙烯(PVDF)柔性聚合物為

2、基體，選擇三種不同特性的粒子(核殼結(jié)構(gòu) TiC@AlOOH、羥基化石墨微片及金屬Ag粒子)為填料，制備出一系列填料含量不同的PVDF基復(fù)合薄膜。對(duì)這三種復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)性能等進(jìn)行表征，探討不同填料對(duì)復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)及性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用非均相成核法制備的TiC@AlOOH粒子具有典型的核殼結(jié)構(gòu)，AlOOH殼層厚度在5~10 nm左右。TiC@AlOOH粒子在 PVDF復(fù)合薄膜中存在輕微的團(tuán)聚現(xiàn)象。XRD分析表明，引入TiC@AlO

3、OH粒子促進(jìn)了PVDF薄膜由多相共存向鐵電性能優(yōu)異的相轉(zhuǎn)變。熱分析表明，引入納米粒子降低了薄膜的初始熱分解溫度。寬頻介電譜分析表明，復(fù)合薄膜的介電常數(shù)及介電損耗與填料含量間呈正相關(guān)。當(dāng)填料含量達(dá)27 wt％時(shí)，復(fù)合薄膜的介電常數(shù)由34.1(填料含量20 wt%)突增至7.18?104，表明此時(shí)填料含量已達(dá)到或接近滲流閾值。在10-1-104 Hz頻率范圍內(nèi)，復(fù)合薄膜的電導(dǎo)率達(dá)4.3310-7 Scm-1且保持不變，在104-107 Hz

4、頻率范圍內(nèi)其電導(dǎo)率隨著頻率的增加而增加。當(dāng)以羥基化石墨微片為填料時(shí)，掃描電鏡表明所制備的石墨微片直徑為微米級(jí)且能較好的分散在PVDF基體中。石墨微片的引入對(duì)PVDF薄膜的相變影響不大。熱分析顯示，石墨微片的加入降低了復(fù)合薄膜的熱穩(wěn)定性。寬頻介電譜測(cè)試表明，在100 Hz測(cè)試頻率下，當(dāng)石墨微片的摻雜量≤3 wt.%時(shí)復(fù)合薄膜的介電常數(shù)最高為36。當(dāng)摻雜量提高至5 wt%時(shí)，復(fù)合薄膜的介電常數(shù)突增至6.5×105，介電損耗與其介電常數(shù)變化相

5、似。在10-1-105 Hz頻率范圍內(nèi)，其電導(dǎo)率為5.5×10-6 Scm-1，在105-107 Hz頻率范圍內(nèi)，復(fù)合薄膜的電導(dǎo)率隨著頻率的增加而增加，此時(shí)復(fù)合薄膜的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為0.63 kV/mm，其儲(chǔ)能密度為1.29 J/cm3，是純膜的75倍。當(dāng)選擇銀粒子為填料時(shí)，掃描電鏡分析表明，乙二醇法制備的銀粒子大多數(shù)呈棒狀，也有部分呈球型，且均勻分散在PVDF基體中。隨著銀粒子含量的增加，銀的特征峰強(qiáng)度增加，并使得多相共存的PVDF向壓電性