基于界面结构调控硅粒子/聚偏氟乙烯复合材料介电性能

为降低硅粒子/聚偏氟乙烯(Si/PVDF)复合材料体系的介电损耗(tanδ)及提高其击穿强度(E_b),采用高温氧化及聚苯乙烯(PS)包覆法,制备出两种分别具有SiO₂单壳及SiO₂@PS双壳的Si@SiO₂和Si@SiO₂@PS核壳结构粒子。采用FTIR、XRD和TEM分析测试了核壳粒子的壳层结构。分析测试证明,Si粒子表面存在SiO₂和PS壳层。结果表明,相比未改性Si/PVDF复合材料,SiO₂外壳显著降低和抑制了Si@SiO₂/PVDF复合材料的tanδ和漏导电流;PS层改进了Si/PVDF复合材料的界面相容性,促进其在基体中均匀分散。双壳结构Si@SiO₂@PS/PVDF复合材料呈现出最低tanδ和最高E_b。Si@SiO₂/PVDF和Si@SiO₂@PS/PVDF复合材料介电性能的改善归因于Si表面SiO₂及SiO₂@PS绝缘界面层有效阻止了半导体Si粒子间的直接接触,极大抑制了损耗。此外,Si/PVDF复合材料相界面缺陷减少及界面相容性改善均有效降低了局部电场畸变,提高了体系的E_b。Si@SiO₂@PS/PVDF复合材料在1 kHz下介电常数高达48,tanδ低至0.07,E_b约为6 kV/mm,在微电子器件及电力设备领域具有潜在的应用价值。      

ZrO2/聚偏氟乙烯复合材料介电性能及松弛行为

通过熔融法制备了ZrO₂/聚偏氟乙烯（PVDF）复合材料,采用SEM、XRD和FTIR对其形貌和结构进行分析,结果表明,ZrO₂分布较为均匀,ZrO₂/PVDF复合材料主要含α相和少量γ相。采用宽频介电谱（BDS）测试,ZrO₂/PVDF复合材料介电常数ε'随ZrO₂含量的增加而增加,而介电损耗tanδ保持定值,表明ZrO₂的加入可以显著提高ZrO₂/PVDF复合材料的介电性能。经计算ZrO₂/PVDF复合材料介电模量M″和活化能,发现有玻璃化转变峰、缺陷峰和界面极化峰存在,而加入ZrO₂后,ZrO₂/PVDF复合材料活化能增加。      

纳米SiO2分散性对SiO2/LDPE纳米复合材料直流介电性能的影响

SiO₂/低密度聚乙烯(LDPE)复合材料的介电性能与纳米SiO₂在LDPE基体中的分散性密切相关。为研究室温下拉伸处理对纳米SiO₂颗粒在LDPE基体中分散性的作用机制,本文选取7 nm粒径的疏水型纳米SiO₂与LDPE熔融共混制备SiO₂/LDPE纳米复合材料。将制备好的纳米复合材料经过三次拉伸处理,利用SEM、DSC表征纳米粒子的分散性及复合材料的结晶度,利用热刺激电流法(TSC)测试分析复合材料的陷阱能级和陷阱密度。通过对纳米复合材料的空间电荷,电导电流,直流击穿强度进行实验测试,研究了拉伸对纳米粒子分散性的影响及其所导致的直流介电性能的改变。结果表明室温下拉伸有助于纳米粒子的分散,使纳米SiO₂粒子的团聚尺寸从200 nm左右缩减到100 nm左右;但拉伸会破坏LDPE的结晶结构,劣化其性能;通过掺杂纳米SiO₂引入深陷阱能级可以改善LDPE的直流介电性能。经过拉伸的SiO₂/LDPE的空间电荷积累得到...     

在含二氧化硅的介电基体表面制备碳纳米材料的研究进展

碳纳米材料作为21世纪的明星材料，具有优异的光、电与力学性能。其制备过程中需要金属基底进行沉积与催化，然后将制备的碳纳米材料从金属基底转移到含SiO₂的介电基体进一步构筑电子器件。但在转移过程中会引入碳纳米材料的褶皱、破损等结构缺陷，以及金属和试剂残留，造成电子器件性能下降。因此，直接在含SiO₂介电基体表面制备碳纳米材料具有重要意义。总结了近年在含SiO₂介电基体表面制备碳纳米材料的研究进展，阐述了金属扩散-析出法、化学气相沉积法、分子束外延生长法等多种制备手段；介绍了石英玻璃、玻璃纤维两种主要含SiO₂介电基体生长碳纳米材料的特点与性能，并提出了在含SiO₂介电基体表面制备碳纳米材料的研究难点与趋势。     

氧化石墨烯核-壳杂化粒子/硅橡胶介电弹性体复合材料的制备与性能

采用阳离子聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)改性SiO₂, 再通过静电自组装制备了SiO₂-PDDA-氧化石墨烯(GO)核-壳杂化粒子。采用溶液共混法将SiO₂-PDDA-GO引入到高温硫化硅橡胶(SR)中, 制备了SiO₂-PDDA-GO/SR介电弹性体复合材料。结果表明:该方法能实现GO在SiO₂表面大面积的包覆, 解决了GO容易自聚集的问题, 且PDDA具有还原GO的作用, 无需再对GO核-壳杂化粒子/SR复合材料进行原位热还原, 简化了实验方案, 节能环保。SiO₂-PDDA-GO填充量为60wt% 时, 在100 Hz频率下, SiO₂-PDDA-GO/SR介电弹性体复合材料的介电常数为21.53, 是SR的11.6倍, 介电损耗保持较低值, 同时, 复合材料的模量保持在较低水平。在电场强度为2.48 kV/mm时, 60wt%的SiO₂-PDDA-GO/SR介电弹性体复合材料横向电致形变在同一电场强度下与SR相比增加了15倍。      

核-壳结构界面对纳米Ag掺杂BaTiO3@PDA/P(VDF-HFP)复合膜介电和储能性能影响

为改善聚偏氟乙烯（PVDF）基复合材料界面相容性,提高其电性能,利用聚多巴胺（PDA）成功包覆了纳米钛酸钡（BaTiO₃）,并引入纳米Ag离子制备出具有核-壳结构的Ag镶嵌BaTiO₃@PDA-Ag颗粒。以介电聚合物聚偏氟乙烯-六氟丙烯（P（VDF-HFP））为基体,采用溶液流延法制备了BaTiO₃@PDA-Ag/P（VDF-HFP）复合材料厚膜。利用FTIR和XPS验证了BaTiO₃@PDA-Ag/P（VDF-HFP）复合材料结构和形貌,并用宽频介电频谱仪和铁电测试仪分别比较了PDA包覆前后的不同BaTiO₃含量的BaTiO₃@PDA-Ag/P（VDF-HFP）复合膜在低电场下的介电性能和高电场下的电极化性能。结果表明,BaTiO₃@PDA-Ag质量分数为20wt%的BaTiO₃@PDA-Ag/P（VDF-HFP）复合膜在10 Hz下介电常数（ε_r）达到了25,介电损耗（tanδ）仅为0.1,在175 M·Vm-1电场下电极化强度（D_m）为6.2 μC·cm-2,200 M·Vm-1时储能密度（U_e）达到了6.9 J·cm-3,高于其它界面未处理复合膜。以上结果可为此类介电复合材料界面结构处理和电性能研究提供参考。      

用于高介电复合材料的全包裹Ag@TiO2填充颗粒的制备

高介电复合材料是近年来受到广泛关注的一种材料, 可用于嵌入式电容器及储能器件。本研究使用钛醇盐水解法在室温下制备全包裹Ag@TiO₂颗粒, 对该颗粒填充的复合材料进行漏电流、介电和储能性能表征, 并对其介电机理进行探讨。扫描电子显微镜和能谱结果显示Ag@TiO₂颗粒具有球形的全包裹核壳结构, 壳层厚度大约为400 nm。X射线衍射结果验证了Ag@TiO₂颗粒具有完整的物相。Ag@TiO₂填充的聚二甲基硅氧烷复合材料表现出小的漏电流(10 ^-8A/cm ²)、较大的介电系数(108)、低的介电损耗(0.2%)和较大的储能密度(8.58×10 ^-3J/cm ³)。有效场和Maxwell相结合的理论模型与实验数据对比验证, 推测界面极化作用提高了复合材料的等效介电系数。该颗粒填充的复合材料在嵌入式电容器方面具有潜在的应用价值。     

低介电耐温改性空心SiO2填充含氟聚芳醚腈复合材料的制备及性能

开发低介电常数、低介电损耗和同时兼具耐温、高力学强度的聚合物介电材料对于满足5G领域的高性能介电材料具有重要的研究意义。采用含氟1H,1H,2H,2H-全氟取代癸基三乙氧基硅烷（PTES）对空心SiO₂纳米粒子（HS）进行表面改性，并基于含氟聚芳醚腈共聚物（PEN-F），分别以流延法和相转换法制备了两种PTES改性HS填充的PEN-F复合材料（HS@PTES/PEN-F）。采用FTIR和1H NMR证实了PEN-F共聚物的成功合成；通过FTIR、TGA和XPS等技术手段表征了PTES改性的HS结构和形貌；同时研究了HS@PTES/PEN-F复合材料的介电性能、力学强度和热稳定性等。研究结果表明，经PTES改性后的HS纳米粒子在PEN-F基体树脂中具有较好的分散性与界面相容性。在介电性能方面，当改性SiO₂纳米粒子填充含量为7wt%时，通过流延法制备的HS@PTES/PEN-F复合膜在1 kHz时介电常数达2.88，介电损耗为0.0198；通过相转换法制备的HS@PTES/PEN-F复合膜在1 kHz时介电常数达1.19，介电损耗为0.0043...     

核壳结构SiC/SiO2纳米线的低温合成与表征

以酚醛树脂(PF)作为碳源, 纳米SiO₂为硅源, 在1300℃氩气气氛下通过碳热还原反应, 制备出具有核壳结构的SiC/SiO₂纳米线。采用X射线分析衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼光谱(Raman)对产物的组成、形貌、微观结构等进行了表征。结果表明; SiC/SiO₂纳米线长可达数毫米, 单根SiC/SiO₂纳米线由直径30 nm的β-SiC晶体为内核和厚度约12 nm的无定形SiO₂壳层组成; 室温下SiC/SiO₂纳米线的PL发光峰与β-SiC单晶的发光特征峰相比有蓝移。最后, 讨论了核壳结构SiC/SiO₂纳米线的生成机制。     

纳米SiO2/聚苯硫醚和SiO2-玻璃纤维/聚苯硫醚复合材料的性能

利用纳米SiO₂改性聚苯硫醚（PPS）树脂及玻璃纤维（GF）/PPS复合材料,探究纳米SiO₂对PPS树脂及GF/PPS复合材料性能的影响规律。采用熔融共混工艺制备纳米SiO₂/PPS树脂,并采用热压成型方法制备纳米SiO₂-GF/PPS复合材料,利用SEM、DSC、DMA和力学测试表征不同纳米SiO₂含量的SiO₂/PPS和SiO₂-GF/PPS复合材料。结果表明：纳米SiO₂通过熔融共混工艺能够均匀分散在PPS基体中,并提高PPS结晶度和弯曲性能。添加1wt%纳米SiO₂有效提高了GF/PPS复合材料的力学性能：层间剪切强度提高49.4%,弯曲强度提高30.6%,弯曲模量提高14.6%。纳米SiO₂的添加可以提高GF/PPS复合材料的玻璃化转变温度,同时纳米SiO₂能够改善树脂基体韧性并阻碍裂纹的扩展。     

稀土改性剂对玻璃纤维-SiO2/聚四氟乙烯复合材料性能的影响

采用不同的稀土改性剂（La、Ce、Pr、Nd和Sm）对SiO₂和玻璃纤维（GF）进行改性处理,SiO₂含量为55wt%,GF含量为2wt%。填料改性处理后与聚四氟乙烯（PTFE）分散液在高速分散机中混合,然后通过热压烧结法制得GF-SiO₂/PTFE复合材料。考察了不同的稀土改性剂对GF-SiO₂/PTFE复合材料吸水性、介电性能、热膨胀系数和力学性能的影响。采用FTIR手段对稀土La改性剂,未改性的填料和改性后的填料结构进行了测试。并用SEM和EDS对复合材料的断口形貌及表面处理前后填料的形貌进行观察和能谱分析。结果表明：由于稀土La的电子层结构比其他轻稀土更稳定,对阴离子的吸引作用比其他轻稀土强,稀土La改性剂比其他的稀土改性剂能更好地促进填料GF与PTFE界面粘合,改善GF-SiO₂/PTFE复合材料性能。GF-SiO₂/PTFE复合材料的介电性能受到La含量的影响,当La含量为0.3wt%时介电性能最佳。     

五层纳米SiO2-Al2O3/聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能

采用浸胶法制备了一系列SiO₂-Al₂O₃/聚酰亚胺（SiO₂-Al₂O₃/PI）五层耐电晕薄膜A_m A_n PA_n A_m,其中中间层（P）为纯PI薄膜,外层（A_m）、次外层（A_n）分别为SiO₂-Al₂O₃掺杂不同质量分数的纳米SiO₂-Al₂O₃/PI薄膜。采用TEM、FTIR、宽频介电谱仪、电导电流测试仪、耐电晕测试仪、介电强度测试仪和拉伸实验机对五层纳米复合PI耐电晕薄膜的微观结构、介电性能和力学性能进行了表征和测试。结果表明,SiO₂-Al₂O₃/PI复合薄膜掺杂层形成了分布均匀的有机/无机复合结构;SiO₂-Al₂O₃纳米粒子的保护作用是影响复合材料耐电晕性能的主要因素,复合薄膜A₃₂A₁₆PA₁₆A₃₂的耐电晕寿命最大,为23.4 h;外层掺杂量对五层SiO₂-Al₂O₃/PI复合材料的介电强度影响较大,复合薄膜A₂₀A₂₈PA₂₈A₂₀的介电强度最大,为302.3 kV/mm;通过对五层复合结构的设计,可以在兼顾材料力学性能的同时,提高其耐电晕寿命和介电强度。     

SiO2-AlN复合材料的力学性能和显微结构

热压制备了SiO₂-AlN复合材料。第二相AlN的引入有助于SiO₂基复合材料力学性能的提高。1400℃下热压烧结的30 vol%AlN-SiO₂复合材料的抗弯强度和断裂韧性分别达200 MPa和2.96 MPa·m1/2。XRD分析说明直至1400℃ SiO₂与AlN未发生化学反应,化学相容性好。利用SEM和TEM分析了SiO₂-AlN复合材料的显微结构及其补强机制。      

增强改性SiO2气凝胶复合材料的研究进展

SiO₂气凝胶是一种含有纳米介孔结构的轻质固体材料，具有高孔隙率、高比表面积、低导热性、低介电性等特性，在隔热、吸附、吸声、发光、催化、电子等工业领域具有广阔的应用前景。但SiO₂气凝胶自身孔结构存在易碎、易坍塌等缺陷，导致应用受到较大限制。在保持SiO₂气凝胶良好特性的前提下，对其进行增强改性制备力学性能优良的SiO₂气凝胶复合材料是近年来的研究热点。本文报道了无机/有机纤维增强改性SiO₂气凝胶、有机聚合物增强改性SiO₂气凝胶及无机物掺杂增强改性SiO₂气凝胶等复合材料的主要制备工艺过程、材料综合性能表现及增强改性机制，探讨了增强改性SiO₂气凝胶复合材料研究进展及重点方向，以期为增强改性SiO₂气凝胶复合材料的研究和应用提供新的设计思路。      

SiO2中空微球改性含硅芳炔树脂及其复合材料的结构与性能

采用SiO₂中空微球对含硅芳炔树脂（PSAC）进行改性,制备了SiO₂/PSAC复合材料,以改善PSAC固化后质脆的缺点,提高PSAC基复合材料的力学性能,拓展PSAC在航空航天领域的应用。对SiO₂/PSAC复合材料和石英纤维布增强SiO₂/PSAC（QF-SiO₂/PSAC）复合材料的结构与性能进行了研究,采用SEM分析SiO₂/PSAC树脂浇铸体和QF-SiO₂/PSAC复合材料断面微观结构,并分析SiO₂的增韧机制。采用DMA和TGA分析了SiO₂/PSAC复合材料耐热性能和热稳定性,虽然SiO₂会导致树脂耐热性能略有下降,但其中空结构使树脂具有优异介电性能。当SiO₂的添加量达2wt%时,SiO₂/PSAC树脂浇铸体弯曲强度达22.3 MPa,失重5%温度为551℃,1 000℃残留率为86.5%;QF-2SiO₂/PSAC复合材料的弯曲强度为298.3 MPa,弯曲模量达31.0 GPa,分别提高了27.5%、59.0%;当SiO₂添加量为5wt%时,QF-5SiO₂/PSAC复合材料的剪切强度提高了16.0%。      

Fe3O4-碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料的制备与性能

通过在碳纳米管（CNTs）表面进行功能化修饰,改善CNTs与聚偏氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride,PVDF）的分散性及界面结合程度,从而获得优异的力学性能和电学性能,提高其在传感器、致动器和储能方面的应用性能。采用原位水热合成法,在CNTs表面修饰磁性Fe₃O₄纳米粒子,然后将Fe₃O₄-CNTs加入PVDF中,采用流延工艺制备出Fe₃O₄-CNTs/PVDF复合薄膜。采用SEM、TEM、XRD和DSC研究了Fe₃O₄-CNTs/PVDF复合薄膜的结构和结晶行为,采用动态力学分析（DMA）、宽带介电谱测试系统和交流击穿场强测试系统研究了Fe₃O₄-CNTs对复合材料力学性能、介电性能及击穿场强的影响。结果表明：Fe₃O₄-CNTs的引入促使PVDF形成了β晶相,同时抑制了Fe₃O₄-CNTs/PVDF复合材料结晶度的下降;提高了弹性模量,抑制了阻尼特性下降;提高了介电常数和击穿场强,抑制了介电损耗升高。     

深度混炼对纳米SiO2/低密度聚乙烯复合材料分散性与直流电性能影响

利用同向平行双螺杆挤出机对纳米SiO₂/低密度聚乙烯（LDPE）复合材料进行深度混炼,采用SEM、直流击穿强度试验及变温空间电荷试验研究了该工艺对纳米SiO₂/LDPE复合体系中纳米SiO₂颗粒分散性、直流击穿强度和空间电荷特性的影响,综合评估了纳米SiO₂颗粒分散性改善和纳米SiO₂/LDPE复合材料熔融状态下机械剪切降解对电性能的影响。结果表明,随着混炼次数的增加,纳米SiO₂颗粒在LDPE中分散的更加均匀;深度混炼与单次混炼相比,SiO₂/低密度聚乙烯复合材料直流击穿强度上升,室温下达到433.1 kV/mm;随着混炼次数的增加,SiO₂/低密度聚乙烯复合材料低温时抑制空间电荷能力变强,但60℃以上高温时抑制能力变差。混炼次数的增加改善了纳米SiO₂颗粒的分散性,使其与LDPE基体的界面增多,同时,纳米SiO₂颗粒还使SiO₂/低密度聚乙烯复合材料的片晶厚度增大,结晶度升高,界面区和力学性能都随着分散性改善而增加和增强,两者共同促进了SiO₂/低密度聚乙烯复合材料电学性能的改善。但是由于深度混炼引发了材料降解,结构缺陷的增多影响了纳米SiO₂/LDPE复合材料高温区的空间电荷抑制性能。     

BaTiO3纳米线的制备及其复合物介电和储能性能研究

采用两步水热法合成钛酸钡(BaTiO₃)纳米线, 并以此为填充物, 聚偏氟乙烯六氟丙烯(P(VDF-HFP))为聚合物基体制备介电复合物, 研究不同含量BaTiO₃纳米线对复合物的介电及储能性能的影响。采用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、阻抗分析仪和铁电工作站等表征BaTiO₃纳米线及其复合物的物相、微观结构、介电和储能性能。结果表明: BaTiO₃纳米线具有典型的四方相, 且在聚合物基体中具有良好的分散性与相容性。相同频率下, 复合物的介电常数随着BaTiO₃纳米线含量的增加而增加。含量为20vol%的复合物, 在1 kHz频率下其介电常数取得最 大值30.69。含量为5vol%的复合物, 在场强为240 kV/mm时, 获得了最大的储能密度与放电能量密度, 分别为4.89和2.58 J/cm³。     

SiO2 PMMA-GMA亚微米复合粒子的制备及其对环氧树脂的改性

用溶胶-凝胶法制备了表面含可聚合官能团的亚微米SiO₂粒子,利用在其表面的乳液聚合成功制备了具有核-壳结构的SiO₂-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)-甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)复合粒子,通过TEM、FTIR和TGA对其结构进行了表征;然后制备了SiO₂-PMMA-GMA/环氧树脂复合材料,利用SEM观察其断裂形貌,并分析了复合粒子增韧环氧树脂的机制。结果表明: SiO₂为复合粒子的内核,粒径约为180 nm,其表面被PMMA-GMA聚合物包覆,厚度约为20 nm;PMMA-GMA聚合物与SiO₂的质量比为87.4%,PMMA-GMA聚合物对SiO₂的接枝率及PMMA-GMA聚合物的有效接枝率分别为77.0%和88.1%;当SiO₂-PMMA-GMA复合粒子在环氧树脂中的含量为4wt%时,其固化后的冲击强度可由19.2 kJ/m²增加到42.0 kJ/m²。     

三维碳化硅纳米线增强碳化硅陶瓷基复合材料的电磁屏蔽性能

碳化硅纳米线具有优异的电磁吸收性能, 三维网络结构可以更好地使电磁波在空间内被多次反射和吸收。通过抽滤的方法制备得到体积分数20%交错排列的碳化硅纳米线网络预制体。然后采用化学气相渗透工艺制备热解炭界面和碳化硅基体, 并通过化学气相渗透和前驱体浸渍热解工艺得到致密的SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料。甲烷和三氯甲基硅烷分别是热解炭和碳化硅的前驱体, 随着热解碳质量分数从21.3%增加到29.5%, 多孔SiCNWs预制体电磁屏蔽效率均值在8~12 GHz (X)波段从9.2 dB增加到64.1 dB。质量增重13%的热解碳界面修饰的SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料在X波段平均电磁屏蔽效率达到37.8 dB电磁屏蔽性能。结果显示, SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料在新一代军事电磁屏蔽材料中具有潜在应用前景。