高介電常數(shù)和高擊穿強(qiáng)度材料的研究背景

       隨著電子電氣行業(yè)的發(fā)展，電器元件作為一個(gè)重要的器件，對(duì)于電子電氣行業(yè)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。電容器作為電器元件的重要一個(gè)部分，其廣泛的應(yīng)用在電子、航天、通信等各個(gè)領(lǐng)域，為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展變化，電容器正向著小型化、輕量化的方向進(jìn)行發(fā)展，以滿足實(shí)際生產(chǎn)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(tǒng)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(diǎn)，我們將無(wú)機(jī)材料與高分子復(fù)合材料進(jìn)行復(fù)合，制備聚合物基納米電介質(zhì)材料，具有良好的加工特性，且利用無(wú)機(jī)材料的介電特性提升復(fù)合材料的介電性能。不過(guò)在目前的研究過(guò)程中還存在多種問(wèn)題，如無(wú)機(jī)納米填料的形貌影響及分散性、無(wú)機(jī)顆粒與聚合物基體的相容性、無(wú)機(jī)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(jī)材料和無(wú)機(jī)材料進(jìn)行包覆，制備鈦酸銅鈣/聚（偏氟乙烯-六氟丙烯）納米復(fù)合材料，研究鈦酸銅鈣的形貌和表面改性對(duì)于復(fù)合材料介電性能的影響和提升，以及通過(guò)將不同尺寸金納米顆粒與聚甲基丙烯酸甲酯制備復(fù)合材料，研究庫(kù)侖阻塞效應(yīng)對(duì)于復(fù)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(fù)合材料，與傳統(tǒng)的鈦酸銅鈣納米顆粒/聚（偏氟乙烯-六氟丙烯）納米復(fù)合材料進(jìn)行對(duì)比。之后，分別用有機(jī)材料單寧酸以及無(wú)機(jī)材料氧化鋁對(duì)鈦酸銅鈣表面進(jìn)行包覆，再將表面處理過(guò)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(fù)合材料。通過(guò)對(duì)復(fù)合材料形貌以及介電性能的測(cè)試，研究得出，與傳統(tǒng)的鈦酸銅鈣納米顆粒相比，鈦酸銅鈣納米線對(duì)于提升復(fù)合材料的介電性能有著更好的效果。通過(guò)用有機(jī)小分子單寧酸和無(wú)機(jī)小分子氧化鋁對(duì)鈦酸銅鈣表面進(jìn)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(fù)合材料介電性能上有了進(jìn)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(fù)合材料。在合成過(guò)程中金粒子表面會(huì)帶有有機(jī)官能團(tuán)，使其能在聚合物基體中有更好的分散性。研究發(fā)現(xiàn)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(qiáng)度，其中小粒徑的更為有效。此外，通過(guò)對(duì)比兩種尺寸金納米顆粒的復(fù)合材料，小尺寸納米金粒子復(fù)合材料具有更高的介電常數(shù)和儲(chǔ)能密度，而大尺寸納米金粒子對(duì)于維持聚合物復(fù)合材料的儲(chǔ)能效率更為有效。