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复合材料介电常数及介质损耗实验研究

发布时间:2022-04-12      点击次数:159

介电常数和介电损耗是衡量高介电材料最重要的两个指标,我们采用宽频介电谱仪,在250 C条件下,从101}106Hz对复合材料的介电常数和介电损耗进行测量。我们对制备出的CCTO纳米线和己有的CCTO纳米颗粒的两种复合材料的介电常数、介电损耗和电导率进行了测量比较。如图2.8 <a)所示,添加CCTO纳米线的复合材料在介电常数上有了明显的提升,不过并不是随着填料的增多而增大,在体积分数为7.5%时出现了一个峰值,当体积分数为10%介电常数反而下降,这是由于CCTO纳米线在聚合物中的分散性并不好,当加入过多的填料,反而不能表现出更好的介电性能。当体积位数为7.5,介电常数提升明显。一般常用的101}103Hz范围内,可以看到介电常数了一个一倍左右的提升,与纯P(VDF-HFP)聚合物介电常数10左右相比可以达到20。不过通过介电常数的提升随之带来的介电损耗的上升,如图2.8 <c)所示,体积分数为7.5%的复合材料在低频下的介电损耗表现很大,通过图2.8 <e)所得,体积分数7.5%的复合材料在低频下电导率突然升高,说明此刻产生了漏电电流,而漏电电流的产生正是造成其介电损耗较大的原因。



体积分数7.5%的复合材料介电常数的增大也可以用界面极化来解释,界面极化是复合材料中的电荷在无机填料与聚合物基体中的界面处积累造成的,与填料和聚合物的介电差异、接触面积有很大关系,体积分数为7.5%的复合材料有着很好的分散性,从而增大了与界面的接触面积,促进了界面极化的发生,使得界面极化增加,提升了整个材料的介电性能。


通过对比制备的CCTO纳米线和CCTO纳米颗粒复合材料的研究,可以明显发现二者在介电性能方面存在着差别。如图2.8 <a)与2.8 <b)所示,CCTO纳米颗粒的添加对于复合材料的介电性能提升很低,而CCTO纳米线有着明显的提升。当频率为101}103Hz时,CCTO纳米线复合材料在体积分数为5%,  7.5%,介电常数分别可以达到15,, 20,而此时CCTO纳米颗粒对应的介电常数为12, 14,可以看到CCTO纳米线在介电常数的提升上比CCTO纳米颗粒有着很强的优势,也正是我们本章要研究的重点。通过对比2.8 <c) <d),会发现,虽然体积分数为7.5的CCTO纳米线复合材料在介电损耗上有比较大的缺陷,但是同时对比体积分数为5%和10%的复合材料会发现,CCTO纳米线和CCTO纳米颗粒两者在介电损耗上并没有太大的差异,但是通过2.8 <a) <b)我们可以得到CCTO纳米线在介电常数上却有很大提升,通过2.8 <e) <f)我们也可以得到验证,两者在电导率上也没有太大的区别。通过比较可以明显发现,CCTO纳米线在提高复合材料的介电常数的同时,在介电损耗上可以表现的与CCTO纳米颗粒相同的性能,从而使整个复合材料在介电性能上整体提高。


CCTO纳米线相比于CCTO纳米颗粒变现出的优异介电性能完全与其材料结构相关,线型结构在介电性能上的表现在很多材料都由于颗粒,良好的分散性和较大的接触面积让形成界面极化的难度降低,从而提升整个材料的极化强度。


关键词:介电常数测试仪,介电常数介质损耗测试仪,介质损耗因数测试仪,介质损耗角正切值测试仪



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