納米填料對聚合物介電常數的影響

納米填料對聚合物介電常數的影響：

具有良好介電性能的陶瓷、聚合物或陶瓷聚合物復合材料可以用來制造電容器等電子元件。一方面?電子技術迅速發展和廣泛應用?對電容器等電子元件提出大容量、小體積、長壽命、高可靠性等新要求?需要增大介電材料的介電常數;另一方面?由于多芯片等*半導體技術的出現?只有減小基板的介電常數?才能減少信號傳輸延遲時間和提高布線密度?因此開發低介電常數材料也是研究的主要方向之一。納米填料對聚合物介電常數的影響?在很大程度上取決于納米填料自身的介電常數與填充量?高介電常數的填料在聚合物中所占的比例增大時?復合材料的介電常數也隨之增大。在降低聚合物的介電常數方面?主要采用向聚合物中引入氣體的方法?如直接引入空氣?或氣孔率較大的填料。

常用于提高聚合物相對介電常數的納米填料主要有Al2O3、TiO2、BaTiO3等?其中鈦酸鋇（BaTiO3）作為一種最重要的高介電常數鐵電氧化物?其填充的聚合物的介電常數可在較大的范圍內進行調控?在電子和光學工業中有廣泛地應用前景?人們對納米BaTiO3／聚合物復合材料的介電性能進行了詳細的研究。印度的Muralidhar和Pillai[17?18]研究發現BaTiO3重量分數為70％的BaTiO3／PVDF復合材料?其介電常數最大?為133．3（10Hz?30℃）?只有這種組分比的材料?介電常數高于所推算的介電常數128．0。朱寶庫等人[19]制備出聚酰亞胺／BaTiO3復合膜并對其進行了介電性能測試?實驗表明?隨著BaTiO3含量的增加?復合材料的介電常數也隨之增加?復合膜的介電常數具有良好的溫度和電場頻率的不敏感性?BaTiO3含量為50％（體積分數）復合膜的介電常數達到35?是純聚酰亞胺的10倍。因為納米BaTiO3／聚合物復合材料在交互電場中?除了BaTiO3本身產生強烈的極化外?復合物的界面同時也發生界面極化現象。

在降低介電常數研究方面?ZhangY采用向聚酰亞胺中加入納米硅管的方法降低其介電常數?當納米硅管含量小于3％質量分數時?復合物的介電常數隨著納米硅管含量的增加而減小?這是因納米硅管中含有較多的空氣?而空氣的介電常數接近于1?所以復合物的介電常數降低。在納米填料含量較低并與聚合物生成納米結構時?介電常數反而在很多情況下會減小?表明介電常數的降低是因納米結構的存在造成的。TTanaka采用多核模型對納米復合體系介電常數降低現象進行了解釋?如圖1所示。以TiO2／環氧樹脂納米復合體系為例?納米TiO2周圍的環氧高分子可分為三層結構?第一層為鍵合層?環氧分子與TiO2表面的羥基產生鍵合作用?該層環氧分子自由運動能力最差;第二層和第三層分別為半固定層和自由運動層。由于納米粒子與聚合物之間龐大的界面效應?使高分子鏈段與納米粒子表面的羥基發生鍵合限制了聚合物在電場下的轉向運動?從而造成介電常數的降低。