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高介电聚合物为基体的复合材料研究现状

时间:2019-03-24 20:43来源:毕业论文
HDPCs所用的基体包括通用特种高分子和高分子,如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酰亚胺(PI)、环氧树脂(EP)等,使用的纳米颗粒包括高介电陶瓷、炭黑,碳纳米管(CNT)和导电粒子,如钛酸

HDPCs所用的基体包括通用特种高分子和高分子,如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酰亚胺(PI)、环氧树脂(EP)等,使用的纳米颗粒包括高介电陶瓷、炭黑,碳纳米管(CNT)和导电粒子,如钛酸钡(BTO)、Ag粒子等。33935
1高介电聚合物/陶瓷复合材料
如今聚合物/铁电陶瓷复合介电材料成为了高介电材料中的主力军。一般情况下制作这类复合材料所使用的聚合物都具有很好的耐高温特性,其熔化温度要高于100℃,此外还需具有介电常数温度稳定性好,高温绝缘电阻大,高温时介质的损耗低和高温收缩率小等特性。比如热分解温度可高达600℃的PI就是有联苯二酐和对苯二胺合成的,并且其还可以长期在333℃以下使用,即便将温度降到-269℃下依然不会脆裂,同时其联苯型PI还有较高的机械强度,可以制出抗拉强度可以高达400MPa的薄膜,同时它还表现出了优异的介电性。此类常见的聚合物还有PVDF、PVC、聚酰胺、聚酯(PET)、TMPTA、PIFE、PMMA及用极性基团修饰过的聚硅氧烷等等[16]。做为复合材料中的无机介电相主要选着:BaTiO3、TiO2、CdO 、金属粉末、碳纳米管、碳黑、PZT(锆钛酸铅)等。作为填充颗粒,相互独立地分散在聚合物基体中,从而改善复合材料的介电性。最具代表性的有:CCTO/P(VDF-TrFE)[17]、BTO-CCTO[18]、BaTiO3 / 聚合物[19]以及陶瓷粒子/ PTFE[20]复合材料等。
 2 高介电值聚合物/ 复合材料论文网
 (BT)粒子作为典型的铁电材料( Ferroelectric material)拥有较高的介电常数, 并且属于钙钛矿型晶体结构(如图1.2所示)。
 ABO3 型晶体结构 源自$六l维,论:文w网)加7位QQ3249^114 www.lwfree.cn
图1. 2 ABO3 ( ) 型晶体结构
晶体结构会在温度升高到至居里温度Tc以上时发生改变,从正方相结构转变为立方相结构,通常这种情况下介电常数会迅速下降,并且介电的变化遵循居里-维斯定律(Curie-Weiss-Law):
 
BT陶瓷材料制备中的高温烧结使得其孔隙率比较高和机械性能差,所以使其在应用中受到限制,但是聚合物就具有很好的机械性能和加工便利的优势,虽然其介电常数比较低。正因如此,可以将其两者集合例如将钛酸钡陶瓷粉体与聚合物复合,相互弥补各种的弱势,从而得到既有高介电常数也有良好机械性能且相对已于加工的新复合材料。
制备BT陶瓷材料烧结过后孔隙率较高,机械性能差。聚合物虽然介电常数比较低,但是具有优良的加工新能和机械性能,为此可,来填补其介电常数较低的劣势,从而制备出易于并且具有哦高介电常数的复合材料
例如用环氧树脂做粘合剂,聚酰亚胺作基体,Yang Rao 等[21]成功的制备出用于埋入式电容器介电常数达到110的纳米BT/高介电聚合物复合材料。使用溶液共混法,用颗粒直径100nm到1000nm的钛酸钡(BT)粉末、环氧树脂(EP),杨晓军等人[22]制备出0~3型两相高K复合材料。
 3高介电聚合物/CCTO复合材料
   (简称CCTO)作为一种新型材料受到了科学界的广泛关注同时也在实际应用领域引起了注意。
 与传统的巨介电体系相比,如 或 。中心对称的CCTO(空间群 )展现了两个额外的特征:钛离子的一维有限偏心位移和奈尔温度 以下,铜离子的反铁磁性自旋次序。在<001>晶向,单个钛粒子的偏心位移~0.4Å,可比拟典型铁电体 ,在立方到四方铁电相变过程中的钛离子偏心位移~0.10Å,值得注意的是,这些偏心位移仅在个体<001>列中相相关,而且从G+{001}衍射的斑点宽度推测,关联长度约为5-10个晶胞。这样导致了 离子的1维有限长度偶极子链。这些偏心位移在横向方向并不与相邻列的钛离子位移相关联,也不会固定形成长程有序的铁电相。因此,这些偏心位移相互独立。因为这些的偶极子链周围的局域晶场不同,而且对交流电场的弛豫不同,所以,一旦施加一个交流电压,电性扰动可以诱导出一个平行的偶极子取向分支,也就是说,导致的净极化不为0。诱导出的净极化是离子性的而不是偶极子性的,主要由于偶极子链中的单个偶极子的偏心位移(位移方向和位移尺度),都对所施加的交流电场做出响应,而偶极子极化仅仅是偶极子的方向随所施加的交流电场变化,而偶极子尺度保持不变。更进一步说,自旋是源于 离子的 轨道上非配对3d电子。用密度泛函理论考虑,铜离子d轨道上3d电子的行波函数与桥接钛离子的电子行波函数重叠,200meV的窄带隙, 价带主要来自于铜离子部分填满的d轨道,导带主要是由钛离子的空轨道d组成; 实验上,轨道电子激发和光致氧化中的电子转移都揭示,3d电子可以被热或者光激活,自铜离子部分填满的d轨道,经最近邻钛离子空的d轨道,最终跃迁到次近邻铜离子的d轨道上。远程运动的铜离子3d电子被钉扎在晶粒表面而形成体电子极化,钛离子的1-D有限偶极子链贡献晶格离子极化。这些极化在施加交流电场下的动力学响应, ,在有无静磁场的两种不同情况下,可以看作为一个多体问题,并可在1MHz频率下探测到,这里 是复相对介电函数的实部,T为绝对温度(K),ω为频率(Hz). 高介电聚合物为基体的复合材料研究现状:http://www.lwfree.cn/yanjiu/20190324/31267.html
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