论文部分内容阅读
随着科技的高速发展,电子电气行业的迅猛发展,电子产品朝着小型化、高性能、便携式方向发展。单一性能的材料难以满足多种要求,将两种或两种以上的单组分材料进行复合,能产生1+1>2的效果,利用各组分的优势和性能特点制备出具有该组分中的性能甚至更优于原材料的性能。新元素或单一新材料很难发现或取得突破,目前的新材料普遍是各种填料填充基体的复合材料,这种复合物性能优越,可以在硬度、强度、重量或在储能方面有优势。例如高介电柔性储能复合材料能被用于嵌入式集成电路发展超大规模集成电路,具有广泛的应用前景,被用来制造片层式电容器,但制约复合材料的介电性能。因此研发高介电常数的介电材料具有前瞻性和深远意义。本工作以聚偏氟乙烯(PVDF)柔性聚合物为基体,以碳纳米管(CNT)和石墨烯(GNs)等无机填料采用溶液法制备复合物研究其介电性能。对复合材料采用扫描电镜(SEM)、X-衍射仪(XRD)等表征分析,研究不同体积分数对复合材料介电性能的影响规律,以求获得高介电性能CNT/GNs/PVDF复合材料。将碳纳米管和石墨烯分别与聚偏氟乙烯复合研究其介电性能,发现在室温、10~0 Hz和GNs体积分数为1.50 vol%时,介电常数达27.00;在室温、10~0 Hz和CNT体积分数为2.00 vol%时的介电常数为53.00,整体介电损耗小于0.35。为了进一步提高碳纳米管在PVDF中的分散性,采用在氢氧化钠(NaOH)水溶液机械球磨的方式对碳纳米管进行表面改性得到羟基化的碳纳米管(MWNT-OHs),再与PVDF复合,制备MWNT-OHs/PVDF复合物。结果表明:经NaOH处理的碳纳米管表面带有羟基,通过SEM观测MWNT-OHs在PVDF中分布均匀,在MWNT-OHs体积分数为2.00 vol%时,10~0 Hz时介电常数达540。为了进一步提高介电常数,CNT/PVDF和GNs/PVDF两相复合的基础上做CNT/GNs/PVDF三相复合。结果表明:CNT/GNs/PVDF复合材料中(CNT+GNs)与PVDF体积比固定为46.4:100,GNs与CNT体积比为1:9产生渗流效应时,在室温、10~0 Hz,介电常数为550,介电损为0.55;在复合材料中GNs与CNT两填料体积比固定为1:9时,(CNT+GNs)占复合材料体积分数为8 vol%时形成渗流团簇,形成导电通路。在室温、10~0 Hz,介电常数高达530.00,介电损耗超过26.00,而在GNs与CNT体积比为1:9,(CNT+GNs)占复合材料体积分数为9 vol%时介电常数接近560.00,介电损耗为0.35。研究结果表明将石墨烯和碳纳米管添加到PVDF基体能获得良好介电性能复合材料。