盛宇 孫鑫

【摘要】采用一種簡(jiǎn)單的混合鑄造工藝制備了以ME為基體、納米BaTiO3為鎮(zhèn)料的BaTiO3/PVDF（聚偏氟乙烯）復(fù)合材料薄膜，采用簡(jiǎn)單的溶液共混以及流延法制備BaTiO3/PVDF薄膜，并用掃描電鏡觀察了BaTiO3/PVDF復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，討論了樣品的介電性能，并對(duì)BaTiO3/PVDF復(fù)合材料（薄膜尺寸：70mm×30mm×25μM，電極面積：600mm2）進(jìn)行了研究。在薄膜電容器中，對(duì)電容器的電容、損耗、熱穩(wěn)定性和擊穿電壓等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，BaTiO3/PVDF薄膜電容器在100℃以下具有良好的熱穩(wěn)定性和較高的擊穿電壓達(dá)到1.3kV，電容可達(dá)3.34nF，損耗小于0.03。在100℃以內(nèi)保持優(yōu)良電容性能。

【關(guān)鍵詞】復(fù)合材料 BaTiO3-PVDF聚偏氟乙烯 介電性能 薄膜電容器 電容

1.引言

隨著電子工業(yè)的發(fā)展，要求介電材料的介電常數(shù)持續(xù)增加，介電損耗逐步降低。電容器正朝著高儲(chǔ)能、小型化、體積小，加工性能好和環(huán)境友好的方向發(fā)展。但電容器制備工藝復(fù)雜，易損，介電損耗大。PVDF具有良好的柔韌性、低介電損耗。為了獲得高介電性能的介電材料，制備了陶瓷一聚合物復(fù)合材料，高含量的陶瓷可以提高復(fù)合材料的性能。但會(huì)使復(fù)合材料的介電常數(shù)降低，復(fù)合材料的柔韌性降低。在滲透閾值處，復(fù)合材料的介電常數(shù)可提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，然而，介電損耗也相應(yīng)地增加，因此，制備了具有高介電性能的聚合物基復(fù)合材料。這種材料具有非常重要的意義。

本研究的目的是提高復(fù)合材料的儲(chǔ)能密度，即通過提高復(fù)合材料的介電常數(shù)和擊穿場(chǎng)強(qiáng)，或者通過增加兩者中任何一種來提高復(fù)合材料的儲(chǔ)能密度。

2、材料制備流程

3、測(cè)試結(jié)果與討論

3.1 電滯回線及儲(chǔ)能密度計(jì)算

欽酸酯偶聯(lián)劑在未熱壓的情況下儲(chǔ)能密度最高，TW20次之。熱壓后大部分同種偶聯(lián)劑的儲(chǔ)能密度要優(yōu)于未熱壓的薄膜，正常熱壓處理后的薄膜會(huì)減薄，會(huì)獲得較高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，因此儲(chǔ)能密度提高?？赡苁菬釅簻囟冗^高使聚偏氟乙烯部分氧化變質(zhì)使儲(chǔ)能密度下降。

3.2 介電常數(shù)的測(cè)定

如圖所示兩種不同偶聯(lián)劑的介電損耗總體上隨著頻率的增加不斷減小直至趨于一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值，中途有部分波動(dòng)。

4、結(jié)論

（1）偶聯(lián)劑的使用對(duì)微觀形貌的影響較明顯，使結(jié)構(gòu)改觀很大，BaTiO₃對(duì)聚合物PVDF的親和性明顯增加，從部分模糊的SEM掃描電鏡可以看出。

（2）薄膜厚度（d）對(duì)儲(chǔ)能密度有決定性影響，厚度變低的薄膜會(huì)降低擊穿場(chǎng)強(qiáng)，并間接增加儲(chǔ)能密度，但是變性后的復(fù)合結(jié)構(gòu)會(huì)降低儲(chǔ)能密度。界面層作為第三相其厚度與結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料性能影響很大，對(duì)介電性能產(chǎn)生一定作用。

（3）tw60和TCA的Ti-O鍵鍵能增加比其它偶聯(lián)劑要強(qiáng)。對(duì)BaTiO₃的改性較為突出，在100攝氏度，10Mpa的條件下，讓PVDF/BaTiO₃兩者結(jié)合更緊密，活性最好，比較實(shí)用，復(fù)合薄膜性能要明顯優(yōu)于未經(jīng)過熱壓處理的同種偶聯(lián)劑薄膜，

（4）顆粒分布熱壓后比未熱壓的更加均勻。改性后的擊穿場(chǎng)強(qiáng)與純BT/PVDF相比顯著提高，介電常數(shù)和儲(chǔ)能密度也顯著提高。

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