0-3型BT-PVDF復合材料的介電性能研究

盛宇 孫鑫

【摘要】采用一種簡單的混合鑄造工藝制備了以ME為基體、納米BaTiO3為鎮料的BaTiO3/PVDF（聚偏氟乙烯）復合材料薄膜，采用簡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復合材料的微觀結構，討論了樣品的介電性能，并對BaTiO3/PVDF復合材料（薄膜尺寸：70mm×30mm×25μM，電極面積：600mm2）進行了研究。在薄膜電容器中，對電容器的電容、損耗、熱穩定性和擊穿電壓等關鍵參數進行了測試。結果表明，BaTiO3/PVDF薄膜電容器在100℃以下具有良好的熱穩定性和較高的擊穿電壓達到1.3kV，電容可達3.34nF，損耗小于0.03。在100℃以內保持優良電容性能。

【關鍵詞】復合材料 BaTiO3-PVDF聚偏氟乙烯 介電性能 薄膜電容器 電容

1.引言

隨著電子工業的發展，要求介電材料的介電常數持續增加，介電損耗逐步降低。電容器正朝著高儲能、小型化、體積小，加工性能好和環境友好的方向發展。但電容器制備工藝復雜，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合材料，高含量的陶瓷可以提高復合材料的性能。但會使復合材料的介電常數降低，復合材料的柔韌性降低。在滲透閾值處，復合材料的介電常數可提高幾個數量級，然而，介電損耗也相應地增加，因此，制備了具有高介電性能的聚合物基復合材料。這種材料具有非常重要的意義。

本研究的目的是提高復合材料的儲能密度，即通過提高復合材料的介電常數和擊穿場強，或者通過增加兩者中任何一種來提高復合材料的儲能密度。

2、材料制備流程

3、測試結果與討論

3.1 電滯回線及儲能密度計算

欽酸酯偶聯劑在未熱壓的情況下儲能密度最高，TW20次之。熱壓后大部分同種偶聯劑的儲能密度要優于未熱壓的薄膜，正常熱壓處理后的薄膜會減薄，會獲得較高的擊穿場強，因此儲能密度提高。可能是熱壓溫度過高使聚偏氟乙烯部分氧化變質使儲能密度下降。

3.2 介電常數的測定

如圖所示兩種不同偶聯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穩定的數值，中途有部分波動。

4、結論

（1）偶聯劑的使用對微觀形貌的影響較明顯，使結構改觀很大，BaTiO₃對聚合物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）對儲能密度有決定性影響，厚度變低的薄膜會降低擊穿場強，并間接增加儲能密度，但是變性后的復合結構會降低儲能密度。界面層作為第三相其厚度與結構對復合材料性能影響很大，對介電性能產生一定作用。

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

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

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