介質(zhì)電容器作為儲能器件中的一種,功率高、安全可靠且充放電速度較快,主要以電介質(zhì)材料作為其主要組成部分。在電介質(zhì)材料中,材料的介電特性又是極為重要的因素。隨著器件需要由原先的大型化、復雜化逐漸向簡單化、小型化、輕量化等方向發(fā)展,材料的介電性能顯得尤為關(guān)鍵。鐵電陶瓷材料由于其優(yōu)異的介電性能應用極為廣泛。傳統(tǒng)的有機聚合物電介質(zhì)材料由于其耐高壓、柔韌性良好以及機械強度高等特性,使其可以廣泛適用于各種工作環(huán)境。本文采用原位聚合法把具有高介電性能的不同陶瓷材料作為填料分散在柔韌性和加工性能良好的聚酰亞胺這種聚合物基體中,形成同時具備高介電性能、良好柔韌性與加工性能的復合薄膜材料。在此基礎(chǔ)上,詳細探究了不同含量與種類的陶瓷填料對聚酰亞胺基復合薄膜材料的相結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)的影響,并進一步分析其介電性能隨填充量、頻率和溫度的變化情況。通過溶膠凝膠法配制靜電紡絲溶液,經(jīng)過靜電紡絲法成功制備出鈮酸鈉NN納米纖維,將纖維經(jīng)過多巴胺改性后再通過原位聚合反應制備出鈮酸鈉NN纖維/PI納米復合薄膜材料。通過一系列的測試與表征分析材料的結(jié)構(gòu),并系統(tǒng)地研究了這種復合材料的介電性能。熱重分析顯示,制備的納米復合薄膜材料熱穩(wěn)... 

【文章來源】：內(nèi)蒙古科技大學內(nèi)蒙古自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

聚酰亞胺的分子結(jié)構(gòu)圖

內(nèi)蒙古科技大學碩士學位論文-6-1.3電介質(zhì)材料根據(jù)電導率不同，材料分為超導、導電、半導體和絕緣材料四種，這里主要討論其中的絕緣材料。絕緣材料指電阻率大于109Ω·m的不導電或?qū)щ娦詷O差的物質(zhì)，主要包括大部分的高分子材料和陶瓷材料，又被稱為電介質(zhì)材料。電介質(zhì)材料在現(xiàn)代微電子行業(yè)的地位舉足輕重，例如它們經(jīng)常作為儲存電能的器件，被應用于電容器中。按照應用層面的不同，電介質(zhì)材料又分為鐵電體、熱釋電體和壓電體，它們的關(guān)系如圖1.3所示[20]。由圖中可以看出，鐵電材料通常也會呈現(xiàn)出熱釋電和壓電性能。圖1.3鐵電體與熱釋電體、壓電體和電介質(zhì)之間的關(guān)系1.3.1電介質(zhì)材料的極化對于理想的電介質(zhì)材料，其中的帶電粒子是不能自由移動的。電介質(zhì)的表面在外電場作用下形成能抵抗外加電場的內(nèi)建電場，這些內(nèi)建電場是由外電場刺激下電介質(zhì)表面激發(fā)出的感應電荷所形成的，極化值P被用來記錄與感應電荷數(shù)值相同但符號相反的束縛電荷的表面電荷密度。極化現(xiàn)象在微觀層面上分析，就是電介質(zhì)內(nèi)中性分子的電子云發(fā)生偏移或畸變，局部遷移產(chǎn)生感應偶極矩導致正負電荷中心分離，最終轉(zhuǎn)變?yōu)榕紭O子的過程[21,22]。以外電場作用下的介質(zhì)電容器為例，其極化的基本模型見圖1.4。值得一提的是，電介質(zhì)材料的介電性能隨一些因素的變化如頻率、溫度等的變化都與極化相關(guān)，這也是電介質(zhì)材料的重要特性。極化類型主要分類為四種：電子位移極化、離子位移極化、偶極子取向極化和空間電荷極化。電子位移極化和離子位移極化統(tǒng)稱為位移極化，并不消耗能量，是彈性的極化，電場一經(jīng)撤去對應的極化也就立刻消失殆盡了[23]。偶極子取向極化與熱運動

內(nèi)蒙古科技大學碩士學位論文-7-有關(guān)，需要消耗能量且是非彈性的，對于聚合物材料來說，偶極子取向極化貢獻較大�？臻g電荷極化多發(fā)生在非均相系統(tǒng)中，又叫做界面極化，宏觀上氣泡、夾層等的不均勻性及微觀上電荷陷落和積聚，諸如在空隙、缺陷、雜質(zhì)、粒子之間或相界等物理屏障之中的積聚，都會引起空間電荷極化[3,24]。一般情況下，給定的材料通常顯示出不只一種的極化機制。在外加電場的作用下，非極性聚合物通常只產(chǎn)生誘導偶極矩，而極性聚合物的偶極矩是所有極化貢獻的總和。極化的建立需要時間，并不是瞬間完成的[25]。圖1.4外電場作用下介質(zhì)電容器極化的模型1.3.2性能表征參數(shù)針對電介質(zhì)材料，電子領(lǐng)域不僅在其基本性能方面提出要求，對其介電性能方面更是予以重視，常見的評判電介質(zhì)材料介電性能的幾個參數(shù)主要有以下幾個。介電常數(shù)用來表示極化的程度，即電荷累積促使局部電場發(fā)生畸變的能力。介電損耗用來判斷與熱運動有關(guān)的極化發(fā)熱造成的能量損失[3]。1.3.2.1介電常數(shù)具有較高介電常數(shù)的材料在儲能密度高的電容器上有著重要應用，要介紹介電常數(shù)那就離不開電容器中電容量這個概念。從電極化的角度來說，對于平行板電容器，電容量C為兩極板上累積電荷的變化量Q與外加電場的電壓V的比值，即所謂的電容器充電的過程，這代表了電容器能量存儲的能力大�。篊=dQ/dV（式1.1）

【參考文獻】：
期刊論文
[1]協(xié)同性的介電損耗和磁損耗使少層WS2納米片與NiO納米粒子的雜化物具有優(yōu)異的微波吸收性能（英文）[J]. 張德慶,熊英飛,程俊業(yè),柴吉星,劉婷婷,巴學巍,Sana Ullah,鄭廣平,嚴明,曹茂盛.  Science Bulletin. 2020(02)
[2]全浸式蒸發(fā)冷卻汽輪發(fā)電機槽內(nèi)氣液固三相絕緣系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 劉直,阮琳.  電機與控制學報. 2018(12)
[3]沙柳活性炭纖維改性及其對鉛離子的吸附性能[J]. 李嚴,王欣,黃金田.  材料導報. 2018(14)
[4]TiO2/含氟樹脂復合超疏水涂層的制備[J]. 陳普奇,逄艷,王芳,洪英蕊,羅仲寬.  中國陶瓷工業(yè). 2014(05)

博士論文
[1]聚酰亞胺基介電復合材料的制備及其性能研究[D]. 賀國文.中南大學 2012

碩士論文
[1]聚酰亞胺/無機納米復合薄膜的制備表征及性能研究[D]. 劉瑩.哈爾濱理工大學 2015
[2]PI薄膜的表面改性及化學鍍銅的研究[D]. 張鵬偉.廣東工業(yè)大學 2014
[3]鈣鈦礦鈮酸鹽陶瓷介電性能研究[D]. 黃延民.桂林理工大學 2013
[4]聚丙烯/SiO2及聚偏氟乙烯/改性BaTiO3介電復合材料[D]. 肖晴.浙江大學 2013



本文編號：3370827