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(zhèn)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(wěn)定性和擊穿電壓等關鍵參數(shù)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(wěn)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(nèi)保持優(yōu)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(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(shù)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(shù)可提高幾個數(shù)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(shù)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(lián)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(lián)劑的儲能密度要優(yōu)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?？赡苁菬釅簻囟冗^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(shù)的測定

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穩(wěn)定的數(shù)值，中途有部分波動。

4、結論

（1）偶聯(lián)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(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。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(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。改性后的擊穿場強與純BT/PVDF相比顯著提高，介電常數(shù)和儲能密度也顯著提高。

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