【摘 要】
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陶瓷/聚合物基介电功能复合材料兼具陶瓷材料和聚合物的优点,在保持较高介电常数的基础上还表现出低介电损耗和高耐压强度,同时还具有易加工性和耐冲击性等优点,有望用于超大
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陶瓷/聚合物基介电功能复合材料兼具陶瓷材料和聚合物的优点,在保持较高介电常数的基础上还表现出低介电损耗和高耐压强度,同时还具有易加工性和耐冲击性等优点,有望用于超大容量电容器及可调谐移相器等领域,而该类复合材料的基体相选材、界面相容性与界面改性对于介电性能的影响规律尚不明晰,制约了该类功能复合材料的发展与应用。本文选择介电性能优异的Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)陶瓷材料作为复合材料的陶瓷相,丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)及聚偏氟乙烯(PVDF)作为复合材料的聚合物基体相,采用流延热压成型工艺制备了BST/ABS、BST/ABS-PVDF介电功能复合材料。首先研究了BST陶瓷相的体积分数对于BST/ABS功能复合材料的微观组织及介电性能的影响规律,并采用经典介电理论模型对制备的BST/ABS复合材料的介电常数进行数值模拟,结果表明随着BST含量的增加,BST/ABS复合材料的介电常数和介电可调性增大,Yamada模型和Maxwell模型的计算值和实验结果匹配度较高,调节Yamada模型中陶瓷颗粒的形状因子(n=3.2)能够较好拟合实验结果。其次为了改善陶瓷相和聚合物的相界面,采用KH550硅烷偶联剂对BST陶瓷表面进行处理。研究了硅烷偶联剂改性的BST/ABS功能复合材料的微观组织结构与介电性能,结果表明KH550可有效提高BST/ABS复合材料的界面相容性,改善BST/ABS复合材料的介电性能和储能密度。最后以优化后的0.4ABS-0.6PVDF为聚合物基体,使用0.5wt% KH550处理后的BST粉体为陶瓷相,制备出BST/ABS-PVDF三相功能复合材料,研究了BST陶瓷相的体积分数对于BST/ABS-PVDF复合材料的微观组织及介电性能的影响规律。结果表明BST陶瓷粉体能够均匀分散在ABS-PVDF基体中,陶瓷-聚合物界面结合良好。随着BST含量的增加,BST/ABS-PVDF复合材料的介电常数和介电可调性增大,耐压强度降低,而储能密度先上升后下降,当BST含量为20vol%时,BST/ABS-PVDF复合材料的介电性能最佳。
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