随着储能器件向着高性能和微型化方向发展,传统采用的陶瓷材料由于密度大、脆性大、难于加工成型、烧结温度高、击穿场强小等缺点难以满足储能器件发展的需要。因此,采用导电颗粒改性聚合物制备高能量密度电介质材料成为目前研究较多的高能量密度材料之一。膨胀石墨作为一种新型的软质矿物材料,既具有天然石墨的高导电性、耐高温性、耐腐蚀性、自润滑性等优异性能。又因其特殊的膨胀成型工艺和独特的微观组织结构,具备轻质、较大长径比、价格便宜、无二次污染等优点,因此可作为理想的导电填料。本文首先采用SEM、XRD、Raman、FTIR和XPS较系统地分析了膨胀石墨的微观形貌、结构、组成和表面化学性质,分别采用原位聚合法、溶液共混与模压相结合的方法制备了膨胀石墨/聚酰亚胺、膨胀石墨/聚丁二酸丁二醇酯纳米复合材料,研究了制备工艺对纳米复合材料微观结构的影响,以及膨胀石墨含量、在聚合物基体中分散状态对纳米复合材料介电性能的影响。研究结果表明,膨胀石墨的长径比高达149～296,膨胀石墨/聚酰亚胺和膨胀石墨/聚丁二酸丁二醇酯纳米复合材料都具有较小的渗流阈值fc=3.1±0.lvol%和fc=6.0±0.1vol%。当膨胀石墨含量接近渗流阈值时,膨胀石墨/聚酰亚胺和膨胀石墨/聚丁二酸丁二醇酯纳米复合材料的介电常数分别为1.8×104和113,介电常数表现出如此大的差异主要是由于膨胀石墨片层在膨胀石墨/聚酰亚胺复合薄膜中表现出一定的取向性,易于形成更多的“微型电容器”。为了比较膨胀石墨的复合介电效应,又采用溶液共混与模压相结合的方法制备了聚苯胺/聚丁二酸丁二醇酯纳米复合材料。与膨胀石墨聚合物复合材料介电性能对比,发现由于聚苯胺的长径比仅为1左右,其渗流阈值高达fc=19.7vol%,当聚苯胺含量接近渗流阈值时介电常数为44,介电损耗为0.16。实验中发现,膨胀石墨聚合物纳米复合材料具有较低的渗流阈值,当接近阈值时,介电常数可显著提高,但介电损耗也会明显增大。为了防止膨胀石墨片层之间的相互接触和复合材料中导电网络的形成,有效控制复合材料的介电损耗。研究中采用化学氧化法制备了聚苯胺包覆膨胀石墨（膨胀石墨@聚苯胺）复合颗粒,然后与聚偏氟乙烯复合制备膨胀石墨@聚苯胺/聚偏氟乙烯复合材料。通过调节聚苯胺包覆层的绝缘性发现,膨胀石墨片层表面的聚苯胺绝缘层可有效地阻碍膨胀石墨片层之间的相互接触,从而有效地防止纳米复合材料中导电网络的形成。研究还发现膨胀石墨@聚苯胺复合颗粒在提高复合材料介电常数的同时,较好地保持了聚合物较低介电损耗的特性。当膨胀石墨@聚苯胺复合颗粒含量为3wt%时,复合材料的介电常数为17,介电损耗仅为0.06。另一方面,由于聚苯胺的分解温度较低,限制了其在一些加工和成型温度较高的聚合物纳米复合材料中的应用。因而选用耐高温、介电性能优异和易于制备的二氧化钛改性膨胀石墨,采用液相沉积法制备二氧化钛/膨胀石墨复合颗粒。膨胀石墨表面含氧基团较少,二氧化钛与其结合较弱,主要以微米级二氧化钛球形颗粒和不规则片层孤立地存在于复合颗粒中。研究中首先在表面含有较多含氧基团的氧化石墨表面可控生长二氧化钛,再通过水合肼还原处理制备二氧化钛/石墨复合颗粒,然后与聚偏氟乙烯复合。结果表明,二氧化钛同样可以起到防止纳米复合材料中导电网络形成和保持复合材料较低介电损耗的作用。当二氧化钛/石墨复合颗粒含量为4wt%时,复合材料的介电常数为17,介电损耗仅为0.09。