聚酰亚胺/碳纳米管复合薄膜的电性能与热刺激电流研究

摘要

碳纳米管(CNTs)电性能和力学性能优越,自从1991年被发现以来就一直是学者们研究的焦点。聚合物/CNTS复合材料因其具有逾渗阈值低、机械性能卓越等优点,在静电消除、电磁屏蔽、印刷线路板(PCB)等领域有巨大的发展前景。
　　 本文采用扫描电子显微镜(SEM)对聚酰亚胺/碳纳米管(PI/CNTs)复合薄膜进行了微纳米尺度的形貌表征,并测试了复合薄膜的平均击穿场强、体积电阻率和介电谱。CNTs极大地影响了复合薄膜的电性能。当CNTs含量较少时,导电粒子并未完全搭接,平均击穿场强和体积电阻率保持在较高水平；随着CNTs含量的增大,导电粒子形成导电网络,平均击穿场强和体积电阻率急剧下降,并在含量为0.6wt％时出现了由绝缘体向半导体的转变。介电谱测试表明:由于界面效应,CNTs的存在抑制了复合薄膜的偶极转向极化。
　　 本文在不同的实验条件下(包括极化场强、极化温度、极化时间、升温速率等因素)对复合薄膜进行了TSC测试,运用高斯拟合分离TSC曲线,并进行陷阱参数的计算。随着极化场强增大,注入试样内的电荷明显增多；极化温度越高,肖特基发射增强,注入试样内电荷也越多,被陷阱捕获的可能性越大:极化时间对β峰影响较为明显。聚酰亚胺/CNTS复合薄膜β峰活化能范围为0.34eV～0.61eV,ρ峰活化能范围为1.03eV～1.56eV。这说明无机纳米粒子引入更多的陷阱,复合薄膜更易捕捉电荷,深陷阱束缚了聚合物中可移动电荷。相同实验条件下,相对纳米样本,纯聚酰亚胺体内电荷被注入的深度较深,陷阱中的电子被热激发后进一步向试样内做定向迁移；纳米样本则不然,陷阱阻止了电子的定向迁移。