论文部分内容阅读
随着科学技术的发展,电子元器件不断地向小型化、轻质化以及多功能化方向发展,致使对材料的发展提出了新的要求和挑战,如何设计和制备多功能性材料成为研究热点。聚合物复合材料由于其优异的物理、化学性能以及通常具有多功能性在新材料领域受到广泛的关注。本文选用常见的聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯(PS)以及环氧树脂(ER)作为聚合物基体,选用铁(Fe)纳米粒子、四氧化三铁(Fe304)纳米粒子、铁酸钴(CoFe2O4)纳米粒子以及CoFe2O4纳米纤维作为磁性填料,选取碳纳米管(CNT)作为导电填料,通过常用的共混法制备了具有介电性能和磁性能的聚合物复合材料。系统地研究了填料的表面处理及选择性分散、复合材料的组成、结构及其制备工艺对其介电性能和磁性能的影响,具体研究内容如下：(1)通过氧化处理制备具有核壳结构的Fe@FexOy纳米粒子,利用溶液共混的方法制备不同填料含量的Fe@FexOy/ER复合材料。实验结果表明,FexOy壳的厚度及Fe@FexOy的软磁性能可以通过改变氧化温度进行调控；随着氧化温度的升高,对应的复合材料的介电常数有所增加,主要因为FexOy壳的存在改善其在基体中的分散性,同时带来双重极化效应。此外,随着氧化温度的升高,对应的Fe@FexOy/ER复合材料的磁导率的实部略有所下降,而击穿场强有所增大。(2)通过静电纺丝和焙烧方法制备CoFe2O4纳米纤维(f-CoFe2O4),以800℃的焙烧温度和较慢的升温速率可得到微观形貌和磁性能都较好的f-CoFe2O4;用多巴胺对CoFe2O4纳米粒子(p-CoFe2O4)和f-CoFe2O4进行表面改性处理,得到的p-CoFe2O4@PDA和f-CoFe2O4@PDA作填料制备PVDF基复合薄膜,并与未改性的两种填料的PVDF基复合薄膜对比介电性能。研究结果表明,使用较大长径比的f-CoFe2O4作为填料以及对填料表面的改性处理都更有利于介电常数的提高。用酸化处理的CNT(a-CNT)或多巴胺改性处理的CNT(CNT@PDA)作为共填料,分别以固定含量的a-CNT或CNT@PDA和不同填料含量的p-CoFe2O4@PDA或f-CoFe2O4@PDA作共填料制备复合薄膜,研究结果表明,磁性填料为10 wt%的CNT@PDA/f-CoFe2O4@PDA/PVDF复合薄膜的介电常数最大(100 Hz下为46),复合薄膜的磁性能主要受p-CoFe2O4和f-CoFe2O4本身磁性能的影响。此外,在a-CNT/PVDF和CNT@PDA/PVDF复合薄膜中添加磁性填料能够抑制复合薄膜介电损耗和电导率的增大,并使其复合薄膜的结晶度和熔点降低。(3)MWCNT和Fe304纳米粒子作为填料,并将二者表面分别进行改性处理,以PVDF作为基体,通过溶液共混的方法制备单层的MWCNT/PVDF、 Fe3O4/PVDF复合薄膜以及纯PVDF膜,将单层薄膜以不同的方式叠加热压得到多层结构的聚合物基复合薄膜；研究结果表明,多层薄膜间有很好的层间相互作用,且多层结构有利于共填料的分散以及增加复合薄膜的介电常数,复合薄膜磁性能受磁性填料间相互磁化作用和协同作用共同影响。(4)以PS和PVDF作为基体构建双连续结构,以Fe纳米粒子作为填料制备复合材料,探索了Fe纳米粒子的改性处理以及选择性分散对复合材料介电和磁性能的影响。结果表明,仅以Fe纳米粒子作填料很难有效地提高复合材料的介电性能,采用一定量的CNT作为共填料分散在PVDF相可以明显地提高复合材料的介电常数。当磁性填料分散在PS相时更有利于提高复合材料的介电常数,并且将Fe纳米粒子改性处理后得到的p-Fe纳米粒子作为填料,得到的复合材料介电常数的提高更为明显,且有效抑制了介电损耗的增大；对磁性填料含量为4 v01%的不同复合材料进行磁性能测试,结果显示Fe纳米粒子分散在PS相中时得到的复合材料具有更高的饱和磁化强度；不同复合材料磁导率实部的变化可以忽略不计、且对频率的依赖性较小。