导电填料聚合物基复合材料的制备与介电性能的研究 ppt课件

1、导电填料聚合物基复合资料的制备与介电性能的研讨主要内容 1目的，意义1 国内外研讨现状2 实验结果与分析5 实验内容与方案4 实验目的3 研讨目的、意义v 电容器行业不断是我国电子元器件产业的重要支柱之一，同时电容电容器行业不断是我国电子元器件产业的重要支柱之一，同时电容器也是电子整机系统的必用元件。器也是电子整机系统的必用元件。v 介电资料又称电介质，是电的绝缘资料，是电容器的中心资料。介电资料又称电介质，是电的绝缘资料，是电容器的中心资料。v 随着信息、电子和电力工业的快速开展，以低本钱消费具有高介电随着信息、电子和电力工业的快速开展，以低本钱消费具有高介电常数和低介电损耗的聚合物基复合资

2、料成为行业关注的热点。在同常数和低介电损耗的聚合物基复合资料成为行业关注的热点。在同样的体积情况下，为了获得分量轻和高储能密度的大功率电容器，样的体积情况下，为了获得分量轻和高储能密度的大功率电容器，那么必需采用以密度小、介电常数高的电介质资料作为电荷储存的那么必需采用以密度小、介电常数高的电介质资料作为电荷储存的薄膜，因此，研讨具有高介电常数的聚合物基复合资料具有非常重薄膜，因此，研讨具有高介电常数的聚合物基复合资料具有非常重要的学术意义和适用价值。要的学术意义和适用价值。212WCU22tanPfCU对于给定外形的电容器，电容C 与电容器的介电常数成正比。电容器储能公式得出电压一定时，储能

3、与电容成正比。电容器的散热才干也是一个重要的性能目的。在频率一样时，电容器的发热性决议于介质损耗tan。电容器资料不仅要求具有高的介电常数电容器资料不仅要求具有高的介电常数, 而且同时要具有尽量低的介质损耗。而且同时要具有尽量低的介质损耗。/4CSkd 国内外研讨现状 v 过去的几年，在聚合物基复合电介质资料的研讨领域，过去的几年，在聚合物基复合电介质资料的研讨领域，多是将具有高介电常数的陶瓷微粉作为功能组分，经过多是将具有高介电常数的陶瓷微粉作为功能组分，经过特殊的工艺制备这种高介电常数的复合介质资料。特殊的工艺制备这种高介电常数的复合介质资料。陶瓷的高介电常数陶瓷的高介电常数聚合物的易加工

4、、低本钱聚合物的易加工、低本钱 然而由于有机聚合物本身的介电常数都较低(10)，因此这类复合资料的介电常数在室温时才到达60。 Motorola、3M、TDK等国外公司对这种高介电陶瓷粉末/聚合物基复合资料也进展了大量的研讨，并将以这种资料为电介质的电容器运用于其手机等产品之中，获得了良好的效果。 实验室研讨以及初步的工业验证都证明高介电聚合物基复合资料具有良好的运用前景。相关数据如下表所示：材料体系材料体系电容密度电容密度 （nf/cm2）介电常数介电常数（100Hz）介电损耗介电损耗（100Hz）厚度厚度(）聚丙烯（聚丙烯（PP）0.0113130钛酸钡钛酸钡/环氧树环氧树脂复合材料脂复合

5、材料0.30366100钛酸钡钛酸钡/聚酰亚聚酰亚氨复合材料氨复合材料0.231111825Al2O3Al/还氧还氧树脂复合材料树脂复合材料0.8510045080 目前目前,己经报道的典型的导电颗粒填充的聚合物基高介电复己经报道的典型的导电颗粒填充的聚合物基高介电复合资料的组成及介电性能合资料的组成及介电性能样品样品导电填料填导电填料填充体积分数充体积分数介电常数介电常数介电损耗介电损耗测试频率测试频率(HZ)Ni/PVDF0.174000.18100ZnO/PVDF0.05481150.5100Ni-BT/PVDF0.228000.5100Al/Epoxy0.8(质量分数)1090.210

6、0虽然渗流型聚合物基复合资料的介电常数比较高，但是目前此类资料的频率依虽然渗流型聚合物基复合资料的介电常数比较高，但是目前此类资料的频率依赖性很大赖性很大,介电损耗也比较高。介电损耗也比较高。 研讨目的 低介电损耗低介电损耗高介电常数高介电常数低本钱低本钱低频率依赖性低频率依赖性易加工易加工耐击穿耐击穿目的目的 根据：渗流实际根据：渗流实际 当导电的填料颗粒参与量到达一当导电的填料颗粒参与量到达一个特定的值时，填料颗粒之间会相互连通，构成一个个特定的值时，填料颗粒之间会相互连通，构成一个通路，从而使资料由介电体变为导电体。此时填料颗通路，从而使资料由介电体变为导电体。此时填料颗粒的参与量，即为

7、渗流阈值。粒的参与量，即为渗流阈值。 假设颗粒的参与量充分的接近渗流阈值那么复假设颗粒的参与量充分的接近渗流阈值那么复合资料的宏观介电常数趋近于无穷大。合资料的宏观介电常数趋近于无穷大。根据根据Sher-Zallen不变量不变量,对于两相颗粒都分别是等径对于两相颗粒都分别是等径球时球时, fc=0.16 研讨内容原料选择：原料选择： 聚合物基体：主要以铁电性能优良，介电常数较高，聚合物基体：主要以铁电性能优良，介电常数较高，机械性能优良的聚偏氟乙烯机械性能优良的聚偏氟乙烯PVDF。 导电填料导电填料:普通工业化普通工业化Al粉微米级。粉微米级。 溶剂：溶剂：N,N-二甲基甲酰胺二甲基甲酰胺(D

8、MF) ，DMF万能有机溶剂对万能有机溶剂对PVDF有良好的溶解性，能构成无色透明的溶液。有良好的溶解性，能构成无色透明的溶液。 复合资料的制备流程复合资料的制备流程涂银浆涂银浆备料备料超声溶液共混超声溶液共混去溶剂成膜去溶剂成膜热压热压介电性能介电性能测试测试SEM测试测试混合热压法混合热压法 优点：简单易操作，耗时短，适宜工业化批量消费优点：简单易操作，耗时短，适宜工业化批量消费技术难点技术难点 a 构成稳定悬浮液。尽量使填料在溶液里构成稳定悬浮液。尽量使填料在溶液里分散均匀，不迅速堆积，不聚会。分散均匀，不迅速堆积，不聚会。 b 温度的控制。去溶剂时的温度很关键温度的控制。去溶剂时的温度

9、很关键太高会使构成的薄膜卷曲，太低会由于蒸发溶剂太高会使构成的薄膜卷曲，太低会由于蒸发溶剂时间过长导致薄膜各处的组分不均匀。时间过长导致薄膜各处的组分不均匀。 实验结果及分析介电常数随着频率的变化并没有明显的变化介电常数随着频率的变化并没有明显的变化. .介电常数随着介电常数随着AlAl含量的添加而增大，但是添加的幅度不大，即使含量的添加而增大，但是添加的幅度不大，即使AlAl体积含量到体积含量到2525，介电常数也只需，介电常数也只需2020多一点多一点. .介电损耗随着介电损耗随着AlAl含量的添加而略微添加含量的添加而略微添加, , 但介电损耗还是很低的但介电损耗还是很低的, ,只比纯只

10、比纯PVDFPVDF高一点高一点. .1001000100001000001000000010203040 Dielectric constantFrequency (Hz)fAl= 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 a10010001000010000010000000.00.10.20.30.40.50.6 fAl= 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Loss tangentFrequency (Hz) Al低填充量时，低填充量时，Al/PVDF复合资料的介电常数、介电损耗与频率复合资料的介电常数、介电损耗与频率的关系的关系没有出现渗没有出现渗流效应

11、流效应1001000100001000001000000050100150200 Dielectric constantFrequency (Hz) fAl=0.40 0.50 0.60 0.70a10010001000010000010000000.00.10.20.30.40.5 fAl=0.40 0.50 0.60 0.70Loss tangentFrequency (Hz)b Al高填充量时，高填充量时，Al/PVDF复合资料的介电常数、介电损耗与频率的复合资料的介电常数、介电损耗与频率的关系关系介电常数随着频率的升高而降低。介电常数随着频率的升高而降低。介电常数随着介电常数随着Al含

12、量的添加而添加。当含量的添加而添加。当fAl0.7时，介电常数高达时，介电常数高达175介电损耗都比较低介电损耗都比较低,有的甚至跟纯有的甚至跟纯PVDF的相当。的相当。结论：参与金属结论：参与金属Al不仅可以大大提高聚合物基体的介电常数，还可以降低介电不仅可以大大提高聚合物基体的介电常数，还可以降低介电损耗。损耗。0.00.20.40.60.81E-91E-81E-71E-61E-5 (S/m)fAl100Hzb Al/PVDF复合资料的电导率与复合资料的电导率与Al体积填充量体积填充量fAl的关系的关系电导率随着电导率随着fAl的添加而添加，但添加的幅度并不大。的添加而添加，但添加的幅度并不大。即使即使fAl0.7时，由电导率也可以看出资料仍坚持着绝缘形状。时，由电导率也可以看出资料仍坚持着绝缘形状。没有出现渗没有出现渗流效应，流效应，Why？结论结论Al的参与不仅可以提高复合资料的介电常的参与