高介电聚偏氟乙烯基复合材料的研究

摘要

随着电子集成技术的飞速发展以及电子工业领域的巨大需求，对电介质材料的要求越来越高。这不仅要求材料具有较好的介电性能，还要具备良好的加工性能和轻质化的特点。如何制备出性能优异并且工艺简单具有产业化价值的高性能介电材料成为当今介电材料的研究重点。传统的铁电陶瓷和单一的高分子材料均不能满足要求。因此，聚合物基体的高介电复合材料逐渐成为研究的热点。本文通过溶液混合流延法制备了一系列聚偏氟乙烯为基体的复合材料，研究了填料的表面结构、分散性能以及与聚合物的界面相容性对复合材料介电性能的影响。通过对钛酸锶钡和石墨烯填料的表面改性，改善了它们在聚偏氟乙烯基体中的分散性和界面结构，提高了介电性能。并同时掺入碳纳米管和石墨烯材料，进一步提升了复合材料的介电性能。
　　本研究主要内容包括：⑴用溶液混合流延法制备PVDF薄膜，探求PVDF与DMF的最佳质量比。研究发现，当PVDF：DMF质量比为1:10时，所制备出的薄膜介电常数最大约为10，介电损耗最低为0.018。⑵制备BST的体积分数为30%的BST/PVDF二元复合薄膜，探究薄膜厚度对复合薄膜介电性能的影响。研究发现，当薄膜厚度为0.070mm时，介电常数最大，为36。薄膜厚度为0.176mm时，介电损耗最低，为0.026。⑶用硅烷偶联剂(KH550)对钛酸锶钡和石墨烯进行表面改性，将硅烷偶联剂接枝到钛酸锶钡与石墨烯的表面。在此基础上制备掺入改性石墨烯和改性钛酸锶钡的Graphene/BST/PVDF三元复合材料。研究发现，当石墨烯含量达到渗流阈值4.0wt%附近时，复合薄膜的介电常数与介电损耗都会发生突变，引发了渗流效应。当改性石墨烯的掺入量为4.06wt%时，100Hz下复合材料的介电常数为502，介电损耗为0.506。⑷将多巴胺包覆在石墨烯表面形成一层均匀包覆层，可以改善其与PVDF基体的界面相容性，并在石墨烯表面形成绝缘层，阻止片层之间的直接接触，有效减少漏电流。研究发现，包覆多巴胺后石墨烯在 DMF溶液中的分散性得到大幅改善。在此基础上制备的Graphene/BST/PVDF三元复合材料介电损耗明显减小。当石墨烯掺入量为9.08wt%时，100Hz下薄膜的介电常数为494，介电损耗为0.321。⑸为了获得介电性能更加优异、综合性能更加稳定的复合薄膜，将羧基化多壁碳纳米管分别和两种改性后的石墨烯复合掺杂，通过合理控制两者之间的掺杂比例，得到了介电性能更加优异的复合薄膜材料。两种导电粒子的复合掺杂大幅降低了导电相的掺入量，改善了浆料的制备性能，并且两者的协同作用也降低了复合材料的介电损耗。碳纳米管与硅烷偶联剂改性石墨烯的加入量分别为0.8wt%和0.2 wt%时，Graphene/MWCNT/BST/PVDF复合材料的介电常数427，介电损耗0.395；碳纳米管与多巴胺包覆石墨烯的加入量分别为0.8 wt%和0.4 wt%时，Graphene/MWCNT/BST/PVDF复合材料的介电常数457，介电损耗0.323。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 电介质材料物理基础

1.3电介质材料的分类

1.4 导电相材料

1.5 高介电聚合物基复合材料研究现状

1.6高介电薄膜材料的制备方法简介

1.7 本课题的提出和研究内容

第二章 钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料的研究

2.1 实验部分

2.2 复合薄膜材料测试方法简介

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 硅烷偶联剂改性石墨烯及其三元薄膜的研究

3.1 实验部分

3.2 复合薄膜材料测试方法简介

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 多巴胺改性石墨烯及其三元薄膜的研究

4.1 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 碳纳米管-石墨烯复合掺杂薄膜的研究

5.1 实验部分

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢

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