氧化锌纳微结构的制备及其在高介电聚合物基复合材料中的应用

摘要

电子产品的小型化,多功能化对电子线路中电子元件的封装密度提出了更高的要求。聚合物复合电介质材料因其在嵌入式电容器中的潜在的应用价值而日益受到人们的关注。本论文由填料及聚合物基体两方面入手,主要研究了聚合物基体,填料的长径比及形貌对制备高介电常数聚合物基复合材料的影响。
　　首先,采用长约700nm的ZnO纳米棒,PVDF,PMMA为基体分别制备了两组纳米复合材料,并对两体系的微结构及介电性能进行了研究。研究结果表明聚合物基体在制备高介电常数聚合物基复合材料中起着重要的作用。
　　为了进一步研究一维纳米无机填料对复合材料的微结构及介电性能的影响,以PVDF-HFP为基体,长度约为200nm的ZnO纳米棒为填料制备了一组复合材料。研究结果表明,随着填料的含量的增加,基体中出现了a晶型的弱化及b晶型的强化转变,同时复合材料的介电常数随填料的含量的增加而逐渐增大。这主要是由聚合物基体的微结构的改变及界面极化所引起的。
　　为了进一步研究填料的形状或形貌对复合材料的介电性能的影响,采用无模板溶剂热法制备了两种新的高阶结构的ZnO,并以这两种形貌的颗粒及商业化的ZnO颗粒为填料,以PVDF为基体,制备了复合材料。对所制备的复合材料的结构,形貌,热学性质及介电性能进行了表征。XRD,FTIR, DSC及DMA的测试结果表明,填料对基体的微结构的影响对填料的形貌不敏感。然而,研究发现,两种高阶结构的ZnO填料能更加有效地提高复合材料的介电常数,这主要归因于所制备的高阶结构填料,相比于商业化的ZnO颗粒,更易于在复合材料中形成逾渗网络结构。
　　为了获得更为全面的对高阶结构的填料对复合材料的结构及介电性能的影响的认识,制备了另一种高阶结构的ZnO填料,同样采用PVDF为基体,制备了一组复合材料。对所制备的复合材料的结构,形貌,热学性质及介电性能进行了表征,同时对复合材料的介电松弛行为进行了较为系统的研究。研究结果表明,在这一体系中,即使ZnO填料的含量高达50wt％,体系仍未出现逾渗现象。

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第一章引言

1.1研究背景

1.2电介质材料物理基础

1.3高介电常数聚合物基复合材料研究进展

1.4高介电常数聚合物基复合材料研究中存在的问题与挑战

1.5本课题的选题目的和研究内容

参考文献

第二章 ZnO纳/微结构的合成与表征

2.1 ZnO纳米棒的制备及表征

2.2 ZnO三维层次结构的制备及表征

2.3 本章小结

参考文献

第三章：聚合物基体对纳米复合材料的介电性能的影响的研究

3.1 前言

3.2 实验

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 PVDF-HFP/ZnO 纳米棒复合材料的制备与表征

4.1 前言

4.2 实验

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

参考文献

第五章 不同形貌的ZnO填料对复合材料的介电性能的影响的研究

5.1前言

5.2 实验

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

参考文献

第六章 3维高阶结构ZnO/PVDF 复合材料的介电性能研究

6.1 前言

6.2 实验

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

参考文献

第七章 结论

致谢

攻读硕士学位期间正式发表的论文