導電填料聚合物基復合材料的制備與介電性能的研究 ppt課件

1、導電填料聚合物基復合資料的制備與介電性能的研討主要內容 1目的，意義1 國內外研討現(xiàn)狀2 實驗結果與分析5 實驗內容與方案4 實驗目的3 研討目的、意義v 電容器行業(yè)不斷是我國電子元器件產業(yè)的重要支柱之一，同時電容電容器行業(yè)不斷是我國電子元器件產業(yè)的重要支柱之一，同時電容器也是電子整機系統(tǒng)的必用元件。器也是電子整機系統(tǒng)的必用元件。v 介電資料又稱電介質，是電的絕緣資料，是電容器的中心資料。介電資料又稱電介質，是電的絕緣資料，是電容器的中心資料。v 隨著信息、電子和電力工業(yè)的快速開展，以低本錢消費具有高介電隨著信息、電子和電力工業(yè)的快速開展，以低本錢消費具有高介電常數(shù)和低介電損耗的聚合物基復合資

2、料成為行業(yè)關注的熱點。在同常數(shù)和低介電損耗的聚合物基復合資料成為行業(yè)關注的熱點。在同樣的體積情況下，為了獲得分量輕和高儲能密度的大功率電容器，樣的體積情況下，為了獲得分量輕和高儲能密度的大功率電容器，那么必需采用以密度小、介電常數(shù)高的電介質資料作為電荷儲存的那么必需采用以密度小、介電常數(shù)高的電介質資料作為電荷儲存的薄膜，因此，研討具有高介電常數(shù)的聚合物基復合資料具有非常重薄膜，因此，研討具有高介電常數(shù)的聚合物基復合資料具有非常重要的學術意義和適用價值。要的學術意義和適用價值。212WCU22tanPfCU對于給定外形的電容器，電容C 與電容器的介電常數(shù)成正比。電容器儲能公式得出電壓一定時，儲能

3、與電容成正比。電容器的散熱才干也是一個重要的性能目的。在頻率一樣時，電容器的發(fā)熱性決議于介質損耗tan。電容器資料不僅要求具有高的介電常數(shù)電容器資料不僅要求具有高的介電常數(shù), 而且同時要具有盡量低的介質損耗。而且同時要具有盡量低的介質損耗。/4CSkd 國內外研討現(xiàn)狀 v 過去的幾年，在聚合物基復合電介質資料的研討領域，過去的幾年，在聚合物基復合電介質資料的研討領域，多是將具有高介電常數(shù)的陶瓷微粉作為功能組分，經過多是將具有高介電常數(shù)的陶瓷微粉作為功能組分，經過特殊的工藝制備這種高介電常數(shù)的復合介質資料。特殊的工藝制備這種高介電常數(shù)的復合介質資料。陶瓷的高介電常數(shù)陶瓷的高介電常數(shù)聚合物的易加工

4、、低本錢聚合物的易加工、低本錢 然而由于有機聚合物本身的介電常數(shù)都較低(10)，因此這類復合資料的介電常數(shù)在室溫時才到達60。 Motorola、3M、TDK等國外公司對這種高介電陶瓷粉末/聚合物基復合資料也進展了大量的研討，并將以這種資料為電介質的電容器運用于其手機等產品之中，獲得了良好的效果。 實驗室研討以及初步的工業(yè)驗證都證明高介電聚合物基復合資料具有良好的運用前景。相關數(shù)據(jù)如下表所示：材料體系材料體系電容密度電容密度 （nf/cm2）介電常數(shù)介電常數(shù)（100Hz）介電損耗介電損耗（100Hz）厚度厚度(）聚丙烯（聚丙烯（PP）0.0113130鈦酸鋇鈦酸鋇/環(huán)氧樹環(huán)氧樹脂復合材料脂復合

5、材料0.30366100鈦酸鋇鈦酸鋇/聚酰亞聚酰亞氨復合材料氨復合材料0.231111825Al2O3Al/還氧還氧樹脂復合材料樹脂復合材料0.8510045080 目前目前,己經報道的典型的導電顆粒填充的聚合物基高介電復己經報道的典型的導電顆粒填充的聚合物基高介電復合資料的組成及介電性能合資料的組成及介電性能樣品樣品導電填料填導電填料填充體積分數(shù)充體積分數(shù)介電常數(shù)介電常數(shù)介電損耗介電損耗測試頻率測試頻率(HZ)Ni/PVDF0.174000.18100ZnO/PVDF0.05481150.5100Ni-BT/PVDF0.228000.5100Al/Epoxy0.8(質量分數(shù))1090.210

6、0雖然滲流型聚合物基復合資料的介電常數(shù)比較高，但是目前此類資料的頻率依雖然滲流型聚合物基復合資料的介電常數(shù)比較高，但是目前此類資料的頻率依賴性很大賴性很大,介電損耗也比較高。介電損耗也比較高。 研討目的 低介電損耗低介電損耗高介電常數(shù)高介電常數(shù)低本錢低本錢低頻率依賴性低頻率依賴性易加工易加工耐擊穿耐擊穿目的目的 根據(jù)：滲流實際根據(jù)：滲流實際 當導電的填料顆粒參與量到達一當導電的填料顆粒參與量到達一個特定的值時，填料顆粒之間會相互連通，構成一個個特定的值時，填料顆粒之間會相互連通，構成一個通路，從而使資料由介電體變?yōu)閷щ婓w。此時填料顆通路，從而使資料由介電體變?yōu)閷щ婓w。此時填料顆粒的參與量，即為

7、滲流閾值。粒的參與量，即為滲流閾值。 假設顆粒的參與量充分的接近滲流閾值那么復假設顆粒的參與量充分的接近滲流閾值那么復合資料的宏觀介電常數(shù)趨近于無窮大。合資料的宏觀介電常數(shù)趨近于無窮大。根據(jù)根據(jù)Sher-Zallen不變量不變量,對于兩相顆粒都分別是等徑對于兩相顆粒都分別是等徑球時球時, fc=0.16 研討內容原料選擇：原料選擇： 聚合物基體：主要以鐵電性能優(yōu)良，介電常數(shù)較高，聚合物基體：主要以鐵電性能優(yōu)良，介電常數(shù)較高，機械性能優(yōu)良的聚偏氟乙烯機械性能優(yōu)良的聚偏氟乙烯PVDF。 導電填料導電填料:普通工業(yè)化普通工業(yè)化Al粉微米級。粉微米級。 溶劑：溶劑：N,N-二甲基甲酰胺二甲基甲酰胺(D

8、MF) ，DMF萬能有機溶劑對萬能有機溶劑對PVDF有良好的溶解性，能構成無色透明的溶液。有良好的溶解性，能構成無色透明的溶液。 復合資料的制備流程復合資料的制備流程涂銀漿涂銀漿備料備料超聲溶液共混超聲溶液共混去溶劑成膜去溶劑成膜熱壓熱壓介電性能介電性能測試測試SEM測試測試混合熱壓法混合熱壓法 優(yōu)點：簡單易操作，耗時短，適宜工業(yè)化批量消費優(yōu)點：簡單易操作，耗時短，適宜工業(yè)化批量消費技術難點技術難點 a 構成穩(wěn)定懸浮液。盡量使填料在溶液里構成穩(wěn)定懸浮液。盡量使填料在溶液里分散均勻，不迅速堆積，不聚會。分散均勻，不迅速堆積，不聚會。 b 溫度的控制。去溶劑時的溫度很關鍵溫度的控制。去溶劑時的溫度

9、很關鍵太高會使構成的薄膜卷曲，太低會由于蒸發(fā)溶劑太高會使構成的薄膜卷曲，太低會由于蒸發(fā)溶劑時間過長導致薄膜各處的組分不均勻。時間過長導致薄膜各處的組分不均勻。 實驗結果及分析介電常數(shù)隨著頻率的變化并沒有明顯的變化介電常數(shù)隨著頻率的變化并沒有明顯的變化. .介電常數(shù)隨著介電常數(shù)隨著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體積含量到體積含量到2525，介電常數(shù)也只需，介電常數(shù)也只需2020多一點多一點. .介電損耗隨著介電損耗隨著AlAl含量的添加而略微添加含量的添加而略微添加, , 但介電損耗還是很低的但介電損耗還是很低的, ,只比純只

10、比純PVDFPVDF高一點高一點. .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低填充量時，低填充量時，Al/PVDF復合資料的介電常數(shù)、介電損耗與頻率復合資料的介電常數(shù)、介電損耗與頻率的關系的關系沒有出現(xiàn)滲沒有出現(xiàn)滲流效應

11、流效應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高填充量時，高填充量時，Al/PVDF復合資料的介電常數(shù)、介電損耗與頻率的復合資料的介電常數(shù)、介電損耗與頻率的關系關系介電常數(shù)隨著頻率的升高而降低。介電常數(shù)隨著頻率的升高而降低。介電常數(shù)隨著介電常數(shù)隨著Al含

12、量的添加而添加。當含量的添加而添加。當fAl0.7時，介電常數(shù)高達時，介電常數(shù)高達175介電損耗都比較低介電損耗都比較低,有的甚至跟純有的甚至跟純PVDF的相當。的相當。結論：參與金屬結論：參與金屬Al不僅可以大大提高聚合物基體的介電常數(shù)，還可以降低介電不僅可以大大提高聚合物基體的介電常數(shù)，還可以降低介電損耗。損耗。0.00.20.40.60.81E-91E-81E-71E-61E-5 (S/m)fAl100Hzb Al/PVDF復合資料的電導率與復合資料的電導率與Al體積填充量體積填充量fAl的關系的關系電導率隨著電導率隨著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時，由電導率也可以看出資料仍堅持著絕緣形狀。時，由電導率也可以看出資料仍堅持著絕緣形狀。沒有出現(xiàn)滲沒有出現(xiàn)滲流效應，流效應，Why？結論結論Al的參與不僅可以提高復合資料的介電常的參與