介电陶瓷／聚合物复合材料

介电陶瓷/聚合物复合材料是介质材料的新领域,它的综合性能远优于各单独组分。本文在回顾其开发概况的基础上评述了BaTiO_3/PVDF介电复合材料的研究进展。据报道,70(wt)%BaTiO_3的BaTiO_3/PVDF复合材料有较高的介电常数和热释电系数等。对材料的XRD行为、在不同温度和不同频率的介电性变化亦有详细研究。表明介电陶瓷/聚合物复合材料是值得研究的、介电陶瓷和介电聚合物的理想替代材料。     

机载龙伯透镜天线用聚苯乙烯泡沫塑料的制备及介电常数调控

针对雷达通讯微波频段新型轻质介电复合材料的迫切需求,开展高介电性能复合材料的研究具有现实意义。采用悬浮聚合法制备不同密度的聚苯乙烯泡沫,研究了聚苯乙烯泡沫的介电常数与密度之间的关系,分析了钛酸钡粉末的介电性能。采用干混法添加钛酸钡粉末制备介电常数可调控的轻质钛酸钡/聚苯乙烯复合泡沫。聚苯乙烯泡沫的介电常数随密度增大,表现出弱的频率依赖性和低介电损耗。钛酸钡粉末具有高的介电常数和较低的介电损耗。BaTiO_3/PS复合材料的介电常数随着BaTiO_3含量的增加而升高。相同介电常数的BaTiO_3/PS复合材料和聚苯乙烯泡沫相比,密度显著下降,说明添加BaTiO_3可以实现介电材料的轻质化。     

介电陶瓷/导热硅橡胶复合材料的制备及介电性能研究

针对单一导热填料在高填充量下也无法同时提高硅橡胶介电、导热性能的问题,采用介电陶瓷钛酸锶(ST)、导热填料氮化硅(Si_3N_4)复合填充制备了Si_3N_4/ST/硅橡胶复合材料,研究了复合材料的介电和导热性能。采用LCR频谱分析仪和导热系数测试仪分别测试复合材料的介电常数和导热系数。结果表明:Si_3N_4与ST的共同填充提高了复合材料的介电性能和导热系数;Si_3N_4填充量为15%(体积分数,下同)时,Si_3N_4/硅橡胶复合材料的介电常数达到最大值5.4F/m;在Si_3N_4填充量保持不变、ST填充量为20%时,复合材料介电常数为纯硅橡胶介电常数的2.3倍,介电损耗保持在0.05以下,导热系数是纯硅橡胶的3倍。     

石墨烯/环氧树脂复合材料的介电性能研究

通过Staudenmaier法制备了完全氧化的氧化石墨(GO),并通过高温热膨胀制备了单层石墨烯(graphene)。用FT-IR和TG对GO的氧化程度、含氧官能团进行了表征,用SEM和TEM对天然石墨(NG)、GO和graphene的微观结构进行了分析。利用超声共混法制备了graphene/环氧树脂介电纳米复合材料,介电性能的测试表明,graphene的加入使环氧树脂介电常数大幅提高,当graphene添加量为0.25%(质量分数)时,材料介电常数达到25,是纯环氧树脂的4倍,介电损耗0.11。这为石墨烯在介电储能方面的应用和低成本介电复合材料的制备提供了新思路。     

碳纳米管功能化改性聚偏氟乙烯介电复合材料的结构及性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体材料,再分别以酸化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)和未酸化多壁碳纳米管(MWCNTs)为填料,通过熔融法制备了不同填料含量的MWCNTs-COOH/PVDF及MWCNTs/PVDF介电复合材料。分别采用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉伸性能测试、电性能测试、差示扫描量热分析(DSC)等方法系统研究了填料含量和碳纳米管酸化前后对复合材料的热性能、力学性能和电性能的影响。XRD测试表明,填料MWCNTs-COOH和MWCNTs的加入促进了PVDF中β晶的生成。力学性能分析表明,MWCNTs-COOH和PVDF形成的界面结合力更强,复合材料的力学强度更高,当MWCNTs-COOH的质量分数为12%时,复合材料的拉伸强度可达64.6 MPa,较纯PVDF提高了24%。介电性能分析表明:未酸化的多壁碳纳米管更容易在PVDF基中构成局部导电网络,促进电子位移极化,提高复合材料的介电常数,并在MWCNTs的质量分数为12%时达到渗流阈值,介电常数达到了286,是纯PVDF的36倍。DSC测试表明,随着填料的增加,介电复合材料的结晶温度、熔融温度和结晶度都相较于纯PVDF得到了提高。     

氧化石墨/钛酸钡/环氧树脂三相复合材料的制备及其介电性能研究

利用浓硫酸、高锰酸钾等强氧化剂制备了氧化石墨, 将其与钛酸钡和环氧树脂复合, 制备了三相复合材料。研究了氧化石墨的添加量对于复合材料介电性能的影响。结果发现在氧化石墨的添加量很少时, 三相复合材料的介电常数显著地高于钛酸钡/环氧树脂两相复合材料, 同时介电损耗仍然维持在较低的水平。钛酸钡/环氧树脂的介电常数为17.7 (20℃, 1 kHz), 当加入3wt%氧化石墨, 介电常数增加到42.6, 介电损耗为0.043。因此该三相复合材料适合用于埋入式电容器的介质材料。最后初步探讨了氧化石墨对复合材料介电性能的影响机理。     

BaTiO3 纳米线的长径比对聚间苯二甲酰间苯二胺复合材料介电性能的影响

用水热法合成了不同长径比的钛酸钡纳米线(BaTiO₃ nanowires (BTN)),用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)调节其表面化学能和静电力(标记为P-BTN)。将P-BTN加入聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)基体中制备出P-BTN含量(质量分数)为10%的介电复合材料P-BTN/PMIA。研究了合成温度对BTN长径比的影响、P-BTN对P-BTN/PMIA复合材料介电性能和电学性能的影响以及P-BTN/PMIA复合材料在不同温度下的介电性能和电学性能。结果表明：随着BTN合成温度的提高其长径比明显增大,从130℃时的7.2增大到250℃时的46;随着PMIA复合材料中P-BTN长径比的增大其介电常数从6.6增大到9.8,其介电损耗在整个频率范围内小于0.025并保持了良好的绝缘性能;在-20℃-200℃复合材料P-BTN-250-10介电常数和介电损耗保持稳定。高长径比的BTN更利于提高耐高温聚合物基复合材料的介电常数,进而提高其储能密度。     

PZT/Ag功能复合材料的介电常数异常

以PZT和纯Ag粉末为原料, 在1200℃下用普通粉末烧结工艺制备了PZT/Ag复合材料. 尽管烧结温度超过了Ag的熔点, Ag粉末并未氧化, 也未与PZT相中的Pb发生反应形成合金, 而是以单质Ag的形式弥散分布在PZT基体中, 并且PZT/Ag界面结合良好, 同时发现有微量的Ag替代Pb进入了PZT的晶格位置. 在015vol% Ag成分范围内研究了PZT/Ag功能复合材料的介电性能, 发现其介电常数\varepsilon_ r随Ag含量的变化表现为先降后升(临界成分点: 1vol% Ag)的趋势, 并不符合用于预测介电体中添加导电第二相引起介电常数增加的经典Maxwell方程. 在钙钛矿结构A位离子取代和渗流效应的理论基础上解释了上述介电常数的异常变化, 认为是由于在低成分范围内, Ag⁺取代Pb²⁺降低介电常数ε_r并起主导作用; 随着Ag含量的增加, Ag第二相颗粒之间建立的有效介电场增加了介电常数并逐渐起主导作用.     

嵌入式电容器用钛酸钡/环氧复合材料性能的研究

将颗粒尺寸分布较宽的钛酸钡(BT)粉末与环氧树脂采用溶液共混旋涂工艺制备了嵌入式电容器材料,并对该复合材料的显微结构、晶相、热稳定性及介电性能进行了分析.研究表明,该复合材料的介电常数及介电损耗与陶瓷相含量和陶瓷粉末的分散有关;在20～150kHz频率范围内,复合材料介电常数的变化较为稳定,而介电损耗值均在0.036～0.039之间,随频率增大略有增大;受BT粒子的影响,复合材料基体聚合物的有序排列分子结构被破坏,环氧树脂分子链的排列密度降低;BT粉末的加入及BT含量的增加均导致材料体系的固化温度和热分解温度提高.     

填料含量对纳米BaTiO_3/环氧树脂复合体系介电性能的影响

通过采用机械共混法制备纳米BaTiO3/环氧树脂两相复合材料和纳米BaTiO3/环氧树脂/炭黑三相复合材料。观试了纳米BaTiO3/环氧树脂两相复合材料的微观形态、介电常数与介电损耗角正切,以及纳米BaTiO3/环氧树脂/炭黑三相复合材料的介电常数与介电损耗角正切,根据微观结构理论、极化理论以及渗流理论分析了纳米BaTiO3填料含量对纳米BaTiO3/环氧树脂复合材料微观形态和介电性能的影响,及导电相炭黑的加入对该复合体系介电性能的影响。     

SiC(N)/LAS纳米陶瓷复合材料的介电特性

采用LAS玻璃粉末和激光诱导法制备的纳米SiC(N)粉体,通过热压烧结法制备了SiC(N)/LAS纳米陶瓷复合材料,研究了该复合材料在8.2~12.4GHz频率范围内的微波介电特性。结果表明,SiC(N)/LAS的介电常数主要受纳米SiC(N)粉体含量的控制,此外还与烧结温度有关。随着烧结温度的提高,复合材料介电常数和介电损耗均随之增大。SiC(N)/LAS对电磁波的损耗作用明显优于同体积分数的纳米SiC(N)与石蜡混合体,这与烧结过程中形成的碳界面有关。     

0-3 型压电陶瓷/ 硫铝酸盐水泥复合材料的介电频率特性和铁电特性

以硫铝酸盐水泥为基体, 铌锂锆钛酸铅[ 0. 08Pb (Li_1/4 Nb_3/4 ) O₃ ·0. 47PbTiO₃ ·0. 45PbZrO₃ ] (简称PLN)压电陶瓷颗粒为功能体制备了0-3 型水泥基压电复合材料。利用X 射线衍射(XRD) 和扫描电子显微镜(SEM) 对水泥基压电复合材料的相组成和显微结构进行了分析和观察, 重点研究了水泥基压电复合材料的介电频率特性和铁电特性。结果表明, 压电陶瓷颗粒与硫铝酸盐水泥的水化产物结合良好; 随着PLN 含量的增加, 复合材料的介电常数ε_r 、剩余极化强度Pr和矫顽电场强度Ec均增大; 在40～100 kHz 频率范围内, 水泥基压电复合材料的介电常数ε_r均随频率的增大而迅速降低, 这主要受复合材料中的界面极化所影响, 高频时, 介电常数变化较小, 表现出良好的高频介电稳定性; 复合材料的电滞回线发生畸变的原因主要是PLN 压电陶瓷破碎成颗粒后, 本身存在许多缺陷, 且与水泥复合后存在许多界面气孔。      

多尺度功能性填料PVDF基纳米复合材料的制备和性能

先以两种直径(50 nm,100 nm)的羟基化钛酸钡(BT)和两种长度(10~20 nm,20~40 nm)的酸化多壁碳纳米管(MWCNTs)为功能填料,进行液相反应制备四种BT/MWCNTs杂化纳米填料(分别记为BT-A/MWCNTs-B,其中A=5,10;B=1,2),再用熔融共混-压板成型技术分别将其与PVDF复合制备出BT-A/MWCNTs-B/PVDF纳米复合材料。使用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、差示扫描量热分析(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、拉伸性能测试和介电性能测试系统研究了多尺度功能性填料BT-A/MWCNTs-B对这种纳米复合材料的组织结构和结晶性能、介电性能和力学性能的影响。结果表明,与BT/PVDF和MWCNTs/PVDF体系相比,BT-A/MWCNTs-B/PVDF纳米复合材料具有更高的结晶度和热性能,BT-10的含量(质量分数,下同)为16%、MWCNTs-2的含量为5%的BT-10/MWCNTs-2/PVDF纳米复合材料其熔融温度可达173.8℃,比纯PVDF(159.6℃)提高了14.2℃,其结晶度可达43.1%。三相BT-A/MWCNTs-B/PVDF纳米复合材料比两相纳米复合材料具有更优异的介电性能,BT-10/MWCNTs-2/PVDF纳米复合材料100Hz下的介电常数为119,为纯PVDF的14倍,其介电损耗只有0.051。BT-10/MWCNTs-2/PVDF纳米复合材料的拉伸强度和弹性模量分别达到57.7 MPa和1226 MPa。     

液相法制备CCTO及其巨介电机理的研究

利用溶胶凝胶法制备了CaCu3 Ti4 O12 (CCTO),相对介电常数高达123000.通过对不同温度烧结的样品断口进行能谱分析,发现晶界有明显的Cu富集,而且样品介电常数以及电导率均与晶界处Cu含量成正比.分析了Cu的偏析度对介电常数的影响及其巨介电机理.     

BCTZ-环氧树脂复合材料的制备和介电性能研究

采用固相反应法制备了Ba0.96 Ca0.04 Ti0.8 Zr0.2 O3 (BCTZ)陶瓷粉末,然后采用溶液混合,热压的方法制备了BCTZ-环氧树脂(Epoxy)复合材料,研究BCTZ-环氧树脂复合材料介电性能与陶瓷含量、测试频率和温度的关系.结果表明,BCTZ-环氧树脂复合材料具有高的介电常数(48.6)和低的损...     

0-3 型压电陶瓷/ 硫铝酸盐水泥复合材料的介电性及压电性

以硫铝酸盐水泥为基体, 铌镁锆钛酸铅(PMN) 陶瓷颗粒为功能体制备了水泥基压电复合材料。重点讨论了复合材料的介电性能和压电性能。结果表明: 水泥基压电复合材料的介电温谱在- 30 ℃～150 ℃范围内较平坦, 表现出优良的介电温度稳定性, 而介电损耗随着温度的升高而增加; 水泥基压电复合材料的压电应变常数和介电常数均随着PMN 含量的增加而增大。      

MWNTs/PVDF复合材料的介电性能

基于熔融法制备多壁碳纳米管(MWNTs)/聚偏氟乙烯(PVDF)基复合材料,研究不同含量的MWNTs对MWNTs/PVDF复合材料介电性能的影响规律,并探讨其对复合材料介电常数的影响机制。结果表明,随着MWNTs含量的增加,复合材料中α-PVDF相转换成γ-PVDF相;通过宽频介电阻抗谱仪测试,发现介电常数随着温度的增加而增加,并向高温方向移动;在电场的作用下,添加MWNTs能加剧PVDF材料分子键的热运动以及极化现象。另外,研究发现,由于介电损耗降低,表明复合材料的介电性能得到了改善。     

碳化钛/环氧树脂纳米复合材料的介电性能研究

采用溶液混合随后热压的方法制备了TiC/epoxy纳米复合材料.运用渗流阈值理论解释了TiC/epoxy复合材料的介电行为.研究了复合材料介电常数与填料体积百分比含量和测试频率的关系.结果表明:当TiC体积百分比含量为0.192时,复合材料的介电常数高达214(103Hz).复合材料介电常数在高测试频率范围(104～106Hz)不随频率的变化而改变.     

Li1.0Nb0.6Ti0.5O3陶瓷的低温烧结其微波介电性能

研究了以Li1．0Nb0．6Ti0．5O3(LNT)陶瓷为基体, B2O3-ZnO-La2O3(BZL)玻璃为烧结助剂的复合材料的低温烧结行为及微波介电特性．研究表明,BZL玻璃能有效降低LNT陶瓷的烧结温度,掺入10wt％BZL玻璃的复合材料能够在900℃烧结致密．XRD与SEM分析结果表明,添加BZL玻璃的样品烧结后含有LNT和LaNbTiO6两种晶相,其中LaNbTiO6相是LNT与BZL玻璃在烧结过程中发生化学反应的产物．在LNT陶瓷中添加BZL玻璃使材料的介电常数和品质因数下降,但有助于减小体系的谐振频率温度系数．掺入10wt％BZL玻璃的复合材料在900℃烧结2h后获得了比较满意的微波介电特性:介电常数k≈58,品质因数Q×f≈4800GHz,谐振频率温度系数τf≈11×10-6／℃．     

尖晶石/玻璃复合材料的制备和性能研究

采用电子陶瓷工艺制备了一系列玻璃/尖晶石陶瓷复合材料,结果表明:复合材料的介电常数、热膨胀系数和显微硬度随着尖晶石含量的增加而增加,而且材料中硼酸铝的生成对复合材料的介电和热膨胀性能有一定影响。所制备的复合材料具有低的介电常数(5.5~6.5)、低的热膨胀系数(5.3×10-6~5.5×10-6℃-1)和低的烧结温度(≤1000℃),有望用于先进的微电子封装基板材料。