高介電常數和高擊穿強度材料的研究背景

       隨著電子電氣行業的發展，電器元件作為一個重要的器件，對于電子電氣行業的發展起到至關重要的作用。電容器作為電器元件的重要一個部分，其廣泛的應用在電子、航天、通信等各個領域，為了適應時代的發展變化，電容器正向著小型化、輕量化的方向進行發展，以滿足實際生產生活的需求。為了滿足需求，我們需要制備具有高介電性能、低介電損耗且有著良好加工性能的介電材料。傳統的介電材料在介電性能方面有著良好的特性，但存在著加工性能差的缺點，我們將無機材料與高分子復合材料進行復合，制備聚合物基納米電介質材料，具有良好的加工特性，且利用無機材料的介電特性提升復合材料的介電性能。不過在目前的研究過程中還存在多種問題，如無機納米填料的形貌影響及分散性、無機顆粒與聚合物基體的相容性、無機顆粒的介電特性影響等。本文采用水熱法制備鈦酸銅鈣納米線，利用有機材料和無機材料進行包覆，制備鈦酸銅鈣/聚（偏氟乙烯-六氟丙烯）納米復合材料，研究鈦酸銅鈣的形貌和表面改性對于復合材料介電性能的影響和提升，以及通過將不同尺寸金納米顆粒與聚甲基丙烯酸甲酯制備復合材料，研究庫侖阻塞效應對于復合材料介電性能的影響。 

       第一部分，采用全新的方法合成出鈦酸銅鈣納米線，并制備出鈦酸銅鈣納米線/聚（偏氟乙烯-六氟丙烯）納米復合材料，與傳統的鈦酸銅鈣納米顆粒/聚（偏氟乙烯-六氟丙烯）納米復合材料進行對比。之后，分別用有機材料單寧酸以及無機材料氧化鋁對鈦酸銅鈣表面進行包覆，再將表面處理過的鈦酸銅鈣納米線和納米顆粒填充到聚（偏氟乙烯-六氟丙烯）基體中，制備納米復合材料。通過對復合材料形貌以及介電性能的測試，研究得出，與傳統的鈦酸銅鈣納米顆粒相比，鈦酸銅鈣納米線對于提升復合材料的介電性能有著更好的效果。通過用有機小分子單寧酸和無機小分子氧化鋁對鈦酸銅鈣表面進行改性，改性后的鈦酸銅鈣在聚合物基體中的分散性有了明顯提高。且改性后的鈦酸銅鈣制備的復合材料介電性能上有了進一步提升。

       第二部分，采用不同方法制備兩種尺寸的納米金顆粒，將其填充到聚甲基丙烯酸甲酯基體中，制備出復合材料。在合成過程中金粒子表面會帶有有機官能團，使其能在聚合物基體中有更好的分散性。研究發現兩種粒徑的金納米粒子均能提升聚甲基丙烯酸甲酯的擊穿強度，其中小粒徑的更為有效。此外，通過對比兩種尺寸金納米顆粒的復合材料，小尺寸納米金粒子復合材料具有更高的介電常數和儲能密度，而大尺寸納米金粒子對于維持聚合物復合材料的儲能效率更為有效。