隨著電子產(chǎn)業(yè)和電子信息技術(shù)的超高速發(fā)展,傳統(tǒng)電容器材料面臨著巨大的挑戰(zhàn),而具有高介電常數(shù)、低介電損耗的介電聚合物納米材料復合材料在微電子領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注,例如:集成薄膜電容器、人工肌肉電致收縮系統(tǒng)和電應力控制裝置等。通常,提高介電常數(shù)的主要方法是在聚合物基質(zhì)中引入高介電常數(shù)的納米陶瓷填料或?qū)щ娞盍�。這類填料雖然具有較高的介電常數(shù),但引入到基體材料中,由于其容易發(fā)生團聚的性質(zhì),導致納米復合材料的介電損耗大幅度增加并且擊穿強度明顯下降。因此,制備高介電常數(shù)、低介電損耗的納米復合材料具有重大意義。本論文中所研究的多壁碳納米管/聚合物納米復合材料是以碳納米管（MWCNT）為主要填料,基體材料選擇具有低介電損耗的聚苯乙烯（PS）,通過對多壁碳納米管不同的改性方式,在填料表面接枝絕緣層,以達到降低介電損耗的目的,從而制備多壁碳納米管/聚苯乙烯納米復合材料,具體實驗內(nèi)容如下:（1）以簡單的表面改性方式,使MWCNT表面攜帶具有鏈轉(zhuǎn)移性質(zhì)的巰基基團,在自由基聚合過程中,將未反應完的聚苯乙烯鏈段通過鏈轉(zhuǎn)移過程,接枝到MWCNT表面,形成一層聚苯乙烯殼層結(jié)構(gòu)。研究不同填料含量時,復合材料表現(xiàn)出不同的介... 

【文章來源】：長春工業(yè)大學吉林省

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

介電常數(shù)與介電損耗隨頻率的變化[1]

第1章緒論4可以將上述方程簡化為()=0,=(22∑2(∞))1/2（1-6）式中，為DebyeHuckel參數(shù)，倒數(shù)為德拜長度，用來表示電子作用的最大長度。通過方程1-6，可以推導出松散層方程，即(()4)=(()4)（1-7）方程1-7也被稱作GouyChapman方程，它揭示了松散層到固定層之間電勢差的變化。圖1-2Lewis’s理論模型，（a）電勢分布與距離的關(guān)系，（b）復合材料中松散層傳導機理（2）Tanaka’s模型Tanaka等人[7]通過物理、化學和電化學等相關(guān)手段，提出了一種球形填料引入聚合物基質(zhì)中的理論模型。如圖1-3所示，假設(shè)納米粒子表面分為三層結(jié)構(gòu)，分別是鍵合層（bondedlayer）、束縛層（boundlayer）和松散層（looselayer）。鍵合層緊挨著納米粒子表面，厚度大約為1nm左右，對聚合物與無機粒子之間有很強的結(jié)合作用。這種結(jié)合力是由氫鍵、范德華力、離子或共價鍵作用所形成的。在束縛層中，這種相互作用力的來源是聚合物分子鏈與無機粒子的界面相互作用來提供的。雖然束縛層的厚度僅僅在2~9nm之間，但它在聚合物基質(zhì)與納米粒子之間提供了很強的相互作用力。而松散層是通過松弛耦合的作用包圍在束縛層周圍，其厚度大約在幾十個納米之間。在松散層的范圍中，聚合物分子鏈具有不同的構(gòu)象、運動方式、自由體積和結(jié)晶度[8-12]。Tanaka’s模型研究了調(diào)控聚合物納米復合材料介電性能的各種可能性。比如，極性基團的取向?qū)τ谑`層來說是不利的，并且松散層的自由體積也會隨之降低。這些影響都會降低復合材料的介電常數(shù)。

第1章緒論5圖1-3Tanaka’s模型1.2聚合物基介電材料1.2.1陶瓷粒子填充的聚合物基納米復合材料電容器陶瓷具有優(yōu)異的介電性能，其介電常數(shù)高，介電損耗低，早已作為常規(guī)填料被廣泛的應用在陶瓷/聚合物復合材料中。常見的有鈦酸鋇（BaTiO3）、鈦酸鍶（SrTiO3）和鈦酸鍶鋇（BST）等。陶瓷/聚合物復合材料的介電性能具有可預測性，并且介電損耗很低，在實際應用中會減少不必要的熱損失。但是想要使復合材料達到較高的介電性能時，其復合材料中的填料含量也要占據(jù)很大的體積分數(shù)，這就會導致復合材料的加工性能及力學性能大幅度降低，使其規(guī)�；a(chǎn)和大范圍的使用造成了困難。Dang[13,14]分別將納米BaTiO3和鈦酸銅鈣（CCTO）分別于聚酰亞胺（PI）進行復合，制備出納米復合薄膜。在室溫下測試得到數(shù)據(jù)反饋：40vol%BaTiO3/PI的介電常數(shù)為18.6，而40vol%CCTO/PI的介電常數(shù)為49.1，并且兩種復合材料的介電損耗均低于0.2。Jiang[15]制備出雙殼層結(jié)構(gòu)的納米BaTiO3，其殼層是由超支化聚酰胺（HBP）/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）構(gòu)成。將這種具有核殼結(jié)構(gòu)的納米BaTiO3引入的聚合物基質(zhì)中，不僅有效的提高了聚合的介電常數(shù)，并且有效的抑制漏電電流的產(chǎn)生，降低介電損耗。在103Hz時，BT@HBT@PMMA的達到39.3，其介電損耗僅僅才0.0276，甚至比純聚合物PMMA的介電損耗還要低（0.0418）。Zheng[16]選定聚丙烯（PP）作為聚合物的基質(zhì)材料，將表面包覆三元乙丙橡膠（EPDM）的納米BaTiO3作為填料引入到體系中。實驗結(jié)果表明，復合材料的力學性能、介電性能及儲能密度有了顯著的提高。這些研究成果為我們的實驗提供了優(yōu)秀的指導思路。


本文編號：3442422