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【摘 要】选用聚偏氟乙烯（PVDF）为聚合物基体，TiO2 为填料颗粒，采用热压工艺制备了不同组分的 TiO2/PVDF 复合材料，分析了影响复合材料的介电性能的因素，结果表明： TiO2/PVDF复合材料的电导率随频率增大而增大；复合材料的介电常数随频率增大而降低，复合材料的介电损耗随频率先减小后增大；随着 TiO2 含量的增大，复合材料的介电常数和介电损耗均先增大后减小。
【关键词】TiO2；PVDF；复合材料；介电性能
一、频率对复合材料性能的影响
添加不同含量的TiO2的 TiO2/PVDF复合材料可以看出随着频率的不断升高，电导率也升高，在频率从0增大到106时，电导率从10-7增加到10-3；同时，在一定频率下，随二氧化钛含量的不断增大，电导率也在增大。前者是由于电导率与固体材料中的载流子有关系，而载流子的可能与频率有一定的关系，频率越大，载流子的数量就越大，从而复合材料的电导率也越大，从而导致了频率升高使得电导率增大的现象；而后者，则是由于填料的量增加而导致电导率增大，其实质应该是二氧化钛的作用，但是，从整个实验来说，随频率的增加，电导率显然是增大的。图中还反映出，在频率大于106时，电导率趋于相同，这可能是由于载流子数目的突然减少而导致的。因为电介质的电导是电介质中存在的少量载流子贯穿整个介质而构成的“泄漏电流”的物理现象，当频率增大时可能会刺激载流子的活跃程度。而载流子（跃迁的电子或者空穴）被分离到分离在不同的区域，所以导带的电子不能简单地放出光而返回到倒带。然而载流子穿过n型区到外部电路是自由的，所产生的电流可被用于做功。使得载流子数减少，使电导率趋于相同。
添加不同含量二氧化钛的TiO2/PVDF复合材料介电常数与频率关系，在频率为零时，二氧化钛的含量越大介电常数越大，可能的原因是二氧化钛的加入，随着材料中二氧化钛含量不断的增加，产生了更多的界面，在较低的频率下，界面的存在会使载流子的迁移遇到了更多的障碍而造成电荷堆积，产生明显的界面极化，所以材料的介电常数较大。而后，随着频率的增大各曲线的介电常数不断减小并且趋于平缓。介电常数实质上是电介质材料极化程度的宏观物理量，由电介质材料自身的物化结构决定。随着测试频率变化，电介质材料极化程度不同，如在低频率下介电常数取决于电子极化、离子极化，而高频率下电子极化、离子极化影响很小，因此会呈现上述关系。
添加不同含量二氧化钛的 TiO2/PVDF 复合材料介电损耗与频率介电损耗对电子元件的选择来说是一个非常重要的参数，尤其是当涉及到复合材料时。理想介电材料电导率为零，主要用于电容器、基质以及电绝缘体中。介电损耗是介电体在电场作用下由分子运动发热而导致的能量损耗。复合材料介电损耗的这种随频率变化特点是因为在交变电场中，电介质除了漏导电流产生的损耗外，还有交变极化引起的损耗（极化损耗）及结构不均匀引起的损耗（结构损耗）。介电损耗在较低频率下主要是漏导损耗，但是如果提高外加电场的频率，由于偶极距或者空间电荷的极化过程相对更慢，极化与频率变化不能够同步变化相同的大小，这就导致了极化损耗的出现。
二、填料体积含量对复合材料性能的影响
随着二氧化钛的含量增大，TiO2/PVDF 复合材料的电导率也相应的增大，变化范围是从5.0*10-5到4*10-4。这是因为二氧化钛本身具有点导电性能，属于半导体材料，因而对复合材料的导电率有增强作用。
在一定频率下，填料体积含量对 TiO2/PVDF 复合材料介电常数的变化随着二氧化钛的填料的量的增加而增大，因为填料的增大会会使复合材料的界面极化效果增强。其次，当导电颗粒二氧化钛在复合材料中的含量逐渐增加时，会使得复合材料所表现出的有效介电常数明显增加，当二氧化钛的浓度达到一定值时，复合材料会发生“渗流现象”，且复合材料的介电常数在渗流阈值附近会出现急剧的增加。从而使得介电常数先增大又趋于平稳，而后有增大。
在填料的体积含量从0.2到0.45时，介电损耗从1.4增加到最大，当填料的体积含量大于0.45时，介电损耗随填料的含量的增加而减小。原因是随着 TiO2 体积含量的增加，TiO2 与 PVDF 两相界面面积增大导致介电损耗较大。当填料含量大于0.55时，介电损耗常数又随之增大。这可能是由于样品总量是一定的，当填料占大部分是反而使得界面接触更加紧密了，从而又使得介电损耗增大。
三、结论
在TiO2/PVDF 复合材料中，随着频率的增加，复合材料的电导率不断增大，并且，当频率大于106时，导电率趋于相同；而介电常数则随着频率的增大而逐渐下降，最后趋于平稳；介电损耗同样也是随着频率的增大而逐渐减小，最后都逐渐趋于平稳。在频率（1005.2Hz）一定的前提下，随着填料含量的增加，电导率也随之增大；介电常数随着填料体积含量的增加而增大，介电损耗则是先增大后减小，而后又增大。
参考文献：
[1]董丽杰，熊传溪，刘晓芳，等.PbTiO3/PVDF复合材料介电性能及压电性能研究[J].武汉理工大学学报，2003，（11）：7-10.
[2]Roberts S. Dielectric constants and polarizabilities of ions in Simple crystals and barium titanate [J].Physical Review， 1949， 76（8）： 1215-1220
[3]Wang JW， Shen QD， Yang CZ et al. High dielectric constant composite of P（VDF-TrFE）with grafted copper phthalocyanineoligomer[J].Macromolecules，2004， 37（6）：2294-2298
【关键词】TiO2；PVDF；复合材料；介电性能
一、频率对复合材料性能的影响
添加不同含量的TiO2的 TiO2/PVDF复合材料可以看出随着频率的不断升高，电导率也升高，在频率从0增大到106时，电导率从10-7增加到10-3；同时，在一定频率下，随二氧化钛含量的不断增大，电导率也在增大。前者是由于电导率与固体材料中的载流子有关系，而载流子的可能与频率有一定的关系，频率越大，载流子的数量就越大，从而复合材料的电导率也越大，从而导致了频率升高使得电导率增大的现象；而后者，则是由于填料的量增加而导致电导率增大，其实质应该是二氧化钛的作用，但是，从整个实验来说，随频率的增加，电导率显然是增大的。图中还反映出，在频率大于106时，电导率趋于相同，这可能是由于载流子数目的突然减少而导致的。因为电介质的电导是电介质中存在的少量载流子贯穿整个介质而构成的“泄漏电流”的物理现象，当频率增大时可能会刺激载流子的活跃程度。而载流子（跃迁的电子或者空穴）被分离到分离在不同的区域，所以导带的电子不能简单地放出光而返回到倒带。然而载流子穿过n型区到外部电路是自由的，所产生的电流可被用于做功。使得载流子数减少，使电导率趋于相同。
添加不同含量二氧化钛的TiO2/PVDF复合材料介电常数与频率关系，在频率为零时，二氧化钛的含量越大介电常数越大，可能的原因是二氧化钛的加入，随着材料中二氧化钛含量不断的增加，产生了更多的界面，在较低的频率下，界面的存在会使载流子的迁移遇到了更多的障碍而造成电荷堆积，产生明显的界面极化，所以材料的介电常数较大。而后，随着频率的增大各曲线的介电常数不断减小并且趋于平缓。介电常数实质上是电介质材料极化程度的宏观物理量，由电介质材料自身的物化结构决定。随着测试频率变化，电介质材料极化程度不同，如在低频率下介电常数取决于电子极化、离子极化，而高频率下电子极化、离子极化影响很小，因此会呈现上述关系。
添加不同含量二氧化钛的 TiO2/PVDF 复合材料介电损耗与频率介电损耗对电子元件的选择来说是一个非常重要的参数，尤其是当涉及到复合材料时。理想介电材料电导率为零，主要用于电容器、基质以及电绝缘体中。介电损耗是介电体在电场作用下由分子运动发热而导致的能量损耗。复合材料介电损耗的这种随频率变化特点是因为在交变电场中，电介质除了漏导电流产生的损耗外，还有交变极化引起的损耗（极化损耗）及结构不均匀引起的损耗（结构损耗）。介电损耗在较低频率下主要是漏导损耗，但是如果提高外加电场的频率，由于偶极距或者空间电荷的极化过程相对更慢，极化与频率变化不能够同步变化相同的大小，这就导致了极化损耗的出现。
二、填料体积含量对复合材料性能的影响
随着二氧化钛的含量增大，TiO2/PVDF 复合材料的电导率也相应的增大，变化范围是从5.0*10-5到4*10-4。这是因为二氧化钛本身具有点导电性能，属于半导体材料，因而对复合材料的导电率有增强作用。
在一定频率下，填料体积含量对 TiO2/PVDF 复合材料介电常数的变化随着二氧化钛的填料的量的增加而增大，因为填料的增大会会使复合材料的界面极化效果增强。其次，当导电颗粒二氧化钛在复合材料中的含量逐渐增加时，会使得复合材料所表现出的有效介电常数明显增加，当二氧化钛的浓度达到一定值时，复合材料会发生“渗流现象”，且复合材料的介电常数在渗流阈值附近会出现急剧的增加。从而使得介电常数先增大又趋于平稳，而后有增大。
在填料的体积含量从0.2到0.45时，介电损耗从1.4增加到最大，当填料的体积含量大于0.45时，介电损耗随填料的含量的增加而减小。原因是随着 TiO2 体积含量的增加，TiO2 与 PVDF 两相界面面积增大导致介电损耗较大。当填料含量大于0.55时，介电损耗常数又随之增大。这可能是由于样品总量是一定的，当填料占大部分是反而使得界面接触更加紧密了，从而又使得介电损耗增大。
三、结论
在TiO2/PVDF 复合材料中，随着频率的增加，复合材料的电导率不断增大，并且，当频率大于106时，导电率趋于相同；而介电常数则随着频率的增大而逐渐下降，最后趋于平稳；介电损耗同样也是随着频率的增大而逐渐减小，最后都逐渐趋于平稳。在频率（1005.2Hz）一定的前提下，随着填料含量的增加，电导率也随之增大；介电常数随着填料体积含量的增加而增大，介电损耗则是先增大后减小，而后又增大。
参考文献：
[1]董丽杰，熊传溪，刘晓芳，等.PbTiO3/PVDF复合材料介电性能及压电性能研究[J].武汉理工大学学报，2003，（11）：7-10.
[2]Roberts S. Dielectric constants and polarizabilities of ions in Simple crystals and barium titanate [J].Physical Review， 1949， 76（8）： 1215-1220
[3]Wang JW， Shen QD， Yang CZ et al. High dielectric constant composite of P（VDF-TrFE）with grafted copper phthalocyanineoligomer[J].Macromolecules，2004， 37（6）：2294-2298