1、本科毕业设计（20届）聚合物/导电粒子的介电改性研究所在学院专业班级应用物理学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I【摘要】有机高分子电介质材料因其具有极佳的力学属性而受到广泛关注，但一般聚合物的介电常数普遍偏低，通过添加导电颗粒使复合材料发生渗流效应，利用渗流转变时复合材料的奇异性能可以获得极高的介电常数。本文主要研究了PVDF/NI、PVDF/FE3O4等复合体系的介电学性能。研究发现，在PVDF基体中添加NI、FE3O4等导电粒子，可以使复合材料发生渗流效应，在NI颗粒的质量分数为50时，PVDF/NI复合材料发生绝缘体导体相变，介电常数达到65；在体积分数为65的PVDF/FE3O4复合
2、体系中，介电常数高达100，电导率增加近六个数量级，复合材料发生渗流效应。这两种改性方法都在一定程度上增大了介电损耗，但是其有效值均保持在一个较低的数值范围内。【关键词】聚合物；导电粒子；介电常数。ABSTRACT【ABSTRACT】ORGANICPOLYMERDIELECTRICMATERIALRECEIVEDEXTENSIVEATTENTIONBECAUSEOFITSEXCELLENTMECHANICALPROPERTIES,BUTINGENERALTHEDIELECTRICCONSTANTOFTHEPOLYMERISGENERALLYLOW,BYADDINGTHECONDUCTIVEPA
3、RTICLESOFTHECOMPOSITEPERCOLATIONOCCURS,THEUSEOFFLOWCHANGESINTHESINGULARPROPERTIESOFTHECOMPOSITESCANGETVERYHIGHDIELECTRICCONSTANTTHISPAPERPRIMARILYSTUDIESMEDIUMELECTRICALPROPERTIESOFCOMPOSITESYSTEMSUCHASTHEPVDF/NI,PVDF/FE3O4STUDYFOUNDTHATADDINGTHEPVDFMATRIX,NI,FE3O4ANDOTHERCONDUCTIVEPARTICLES,CANOCCU
4、RINPERCOLATIONCOMPOSITES,THENIPARTICLESWHENTHEMASSFRACTIONIS50,PVDF/NICOMPOSITESOCCURREDINSULATORCONDUCTORPHASETRANSITION,DIELECTRICCONSTANTTO65INTHEPVDF/FE3O4COMPOSITEWHOSESYSTEMVOLUMEFRACTIONIS65,THEDIELECTRICCONSTANTUPTO100,ITWILLCAUSENEARLYSIXORDERSOFMAGNITUDEINCREASEANDCONDUCTIVITYOFTHECOMPOSIT
5、EOCCURRENCEOFPERCOLATIONBOTHMETHODSAREMODIFIEDTOINCREASETHEDIELECTRICLOSSTOSOMEEXTENT,BUTTHEVALIDVALUESAREMAINTAINEDATALOWERVALUERANGE【KEYWORDS】POLYMER；CNDUCTIVEPARTICLES；DIELECTRICCONSTANT。II目录摘要错误未定义书签。ABSTRACTI目录II1绪论311前言3111聚合物基纳米颗粒复合材料发展历程4112导电颗粒与聚合物的高介电复合材512镍粉及FE3O4粉末的概述613PVDF的概述6131聚偏氟乙烯（
6、PVDF）6132聚合物PVDF基复合材料改性的目的和意义62聚合物基复合材料的制备821二相共混复合薄膜的制备8211实验药瓶和仪器8212实验制备过程822二相共混复合块体的制备（实验室制法）8221实验药瓶和仪器8222实验制备过程823实验测量83NI/PVDF复合材料的介电性能研究931NI/PVDF复合薄膜的实验结果与数据分析94FE3O4/PVDF复合材料的节电性能研究1141FE3O4/PVDF复合薄膜的实验结果与数据分析115总结1451分析总结1452展望及前景15参考文献16致谢错误未定义书签。附录错误未定义书签。31绪论11前言现代电子科技的迅猛发展,对电子材料的介电性
7、能提出了越来越高的要求,希望能得到具有高介电系数、低损耗、易加工等综合性能优越的新型电子材料。电子设备与元件的多功能化、小型化也要求在相同体积情况下,希望获得重量轻和高储能密度的大功率电容器,这就必须采用以密度小、介电常数高的电介质材料作为电荷储存的薄膜,按照有机薄膜电容器的制备工艺生产大电容值的电力电容器。而作为电容器，一般聚合物电介质材料（如PVDF等）的介电常数普遍很低（小于10）。因此,如何在保持聚合物优异特性的同时极大地提高聚合物的介电常数就成为当前电子科技迫切发展的一个重要课题1。作为实现高介电聚合物基复合材料的一般方法是在聚合物中填充高介电陶瓷粒子（如BATIO3、PBTIO3等
8、），在体积分数为50时，最大的介电常数可以达到100。然而，在如此高的体积分数下的复合材料有非常严重的局限性，如柔韧性、机械性能急剧下降，重量变大密度提高等，限制了其在电子材料领域的进一步应用。通过填充导电粒子的渗流效应来当前提高聚合物介电性能的另一种主要方法。所谓渗流效应，随着导电粒子含量的增加，开始时体系的电导率增加极少，当导电粒子含量接近某一个值（渗流阈值）时，复合体系的电导率急剧增加，同时复合材料介电常数能够迅速增大,分别满足规律SCFF，CFF，（CFF）其中CF为渗流阈值，F为导电颗粒的体积分数，S和为临界指数。根据渗流理论，在渗流阈值附近，介电常数可以获得迅速的增加，一般聚合物/
9、金属粒子的渗流阈值体积分数一般为1520，其克服了陶瓷/聚合物复合材料的上述缺点，并在较低体积分数时就能实现介电常数的巨大增加。如PVDF/碳纳米管复合材料渗流值为8，相应的介电常数可达600（1KHZ），在PVDF/膨胀石墨复合体系中发现在渗流值为1时介电常数达到2700（100HZ）。考虑到聚合物基导电粒子复合材料渗流效应对其介电性能的影响，本文主要以聚合物中相对介电常数较高的聚偏氟乙烯（PVDF，介电常数8）为基体材料，研究PVDF/NI、PVDF/FE3O4两种复合体系在渗流效应下的介电性能，最终达到提高复合材料介电性能的目的。4111聚合物基纳米颗粒复合材料发展历程电子工业近几十年的
10、快速发展，原来单纯仅靠一种材料作为电容器电介质的材料已表现出许多缺陷。例如，单纯依靠具有高介电常数的陶瓷材料制作的电容器，尽管其电容值较高，但在使用过程中其致命的弱点是陶瓷的脆性，受温差和机械作用等影响易于开裂，此缺点决定了利用这种材料制造形状各异的电容器非常艰难；并且，从现代产品的制造工艺和成本等方面考虑，大多数陶瓷电容器需要在1000左右的高温下与丝网电极进行共烧，工艺复杂，耗能大，柔韧性差，易开裂。另一方面，单纯依靠柔性有机高分子材料作为电容器电介质材料也不尽人意，因为大多数聚合物自身低的介电常数（一般为23）2，从而限制了电容器的电容值。将陶瓷和聚合物基体共混可制得。为了弥补单一组分材
11、料的缺陷，将两种和两种以上的材料混合制备具有优越特性的复合材料是当前材料科学和工程领域的重要方法之一。这样制备出来的高性能材料已被广泛的应用于电子工业领域，如电容器材料。目前对颗粒填充聚合物的研究主要集中在聚合物基体改性和其中填充料的选择方面。经常采用的填料包括具有很高室温介电常数的弛豫铁电体陶瓷，如BATIO3、PMNPT，以及导电材料，如金属粉末、碳黑、碳纤维等。这些不同类型的填充料颗粒分散在聚合物基体中，彼此不连通，主要靠颗粒的分散特性来改善复合材料的介电性能。例如，碳黑粉末加入到聚合物基体中，粉末颗粒与聚合物分子间的结合，对该系统的介电性能有很大影响6。填充颗粒的尺寸也对颗粒填充聚合物
12、性能有很大影响。颗粒尺寸越小，填料就越容易与聚合物实现均匀混合。另一方面，颗粒尺寸越小，颗粒与聚合物基体间的界面就越多，在极化过程中，界面极化效应就越显著，从而极大的提高了介电性能。过去的几年，人们致力于研究陶瓷粉末聚合物基（03）复合材料5，然而由于有机聚合物自身的介电常数都较低（一般小于10），因此这类复合材料的介电常数在室温时才达到604。例如，台湾东华大学KUO等人27将钛酸钡BATIO3加入到环氧中，复合材料的介电常数为50左右。最近，宾州大学的BAI和ZHANG等人16将PBMG1/3NB2/3O3PBTIO3（PMNPT）陶瓷粉末通过溶液法添加到聚偏氟乙烯三氟乙烯的共聚物PVDF
13、TRFE共聚物中，在陶瓷的体积分数为50时复合材料的介电常数为200左右。此种方法虽然使复合材料具有足够高的介电常数，但由于填充物含量过高，严重破坏了复合材料的可塑性与韧性，使其应用受到了很大的限制。最近报道了另一种可以提高材料介电常数，同时又可以克服这些问题的方法利用金属粉体在复合材料中引起介电系数突变的特殊性质，开发新型介电材料，即聚合物基金属纳米复合材料。适当、适量的填充可以使复合材料具有理想的介电性能，同时，还能有效地保留聚合物加工性能好和耐冲击、耐腐蚀5等特点。目前，此类材料在制造印刷线路版，吸波涂覆材料等方面都有广泛应用。随着电子器件的微型大容量发展趋势，单质电介质材料因性能单一性
14、而其局限性凸现出来。为此通常采用多种材料复合的形式，从而实现112、112和0003,4效应，后两种更为人们关注5，以达到开发有某种突出性能或具有多重性能的复合电介质材料。显然，这克服性能单调的缺陷。这也是满足科学技术发展对材料性能的各种高要求的根本出路之一。聚合物导电粒子复合材料引起了诸多领域科技人员越来越浓的兴趣。在聚合物基体中分散导电粒子把导电粒子性能和聚合物性能有机地结合在一起，可以增强纳米复合材料的电磁性能、光学性能、催化性能和传感性能等，从而开启纳米复合材料在功能材料领域新的应用。聚合物基导电粒子复合材料作为功能性高分子材料的重要分支，是当今研究的热点。本文以聚合物基导电粒子复合材
15、料的制备和物理化学性能为重点，综述了其最新研究进展。112导电颗粒与聚合物的高介电复合材近年来，党智敏小组26研究了不同性质和形状的导电或者半导体填料与聚合物形成的复合材料的介电行为，发现随着填料体积分数的增加，临近复合体系的渗流阈值是介电常数迅速增加，高达400。惠迎雪等人12对类似的复合体系ZN/PVDF复合薄膜的结构和压电性能进行研究，运用X射线和红外光谱分析薄膜中的晶相。结构表明ZN颗粒的加入使复合薄膜诱导产生相，而热压制备的纯PVDF薄膜只含有非极性相；而且压电性能明显受到薄膜中氧化锌含量的影响，在一定范围内，随着ZN含量的增加，复合薄膜的压电应变常数也随之增加。随着导电颗粒掺入量的
16、增加到某值时，介电电场突然剧增，而且有变到无穷大的趋势，称之为渗流效应，此时导电颗粒的含量即为渗流阈值3。人们研究发现具有不同形状的导电颗粒形成的复合物渗流阈值不同，对于球形颗粒来说，渗流阈值约为0167，而长径比较大的纤维状填料来说，渗流阈值小于0164,5，认为这是因为颗粒的首尾更容易相互接触而形成导电网络，从而易形成渗流效应6。通过原聚合得到聚苯乙烯/石墨纳米复合材料的研究7，发现复合材料的介电常数随石墨含量增加而剧增，当其含量达到65时，介电常数是聚苯乙烯的48倍。有研究表明单壁多壁碳纳米管、纳米金属颗粒等作为填料时，其含量在渗流阈值附近，介电常数急剧增加8,12。就碳纳米管来说，它有
17、独特的化学结构和电性能，因此成为高介电复合材料的理想填料。将单壁碳纳米管SINGLEWALLEDCARBONNANOTUBE,简称SWNT均匀分散在PVDF和聚合物中12，随着其含量的增加，PVDF的晶型发生变化相向相转变，所以复合材料的压电、热电性能等有所改善。在室温测试多壁碳纳米管（MULTIWALLEDCARBONNANOTUBE，简称MWNT/聚碳酸酯PC复合材料的交6变电导率和复介电常数103107HZ，发现渗流阈值为10WT13。12镍粉及FE3O4粉末的概述镍粉通常呈黑色，球形的粉末，每克的表面积07M233M2，粒径越小表面积越大，密度为22G/CM333G/CM3,密度随粒径
18、增大而增大，不容易被氧气氧化，具有磁性，是良好的磁性材料；FE3O4粉末通常呈黑色，球型粉末，具有磁性的晶体，且具有良好导电性，在实验中通常采用的是具有纳米粒径的镍粉及FE3O4粉末，对于制备纳米复合材料比较方便实施。13PVDF的概述131聚偏氟乙烯（PVDF）聚偏氟乙烯POLYVINYLIDENEFLUORIDE,简称PVDF,白色粉末状结晶性聚合物。密度175178GCM3。玻璃化湿度39，脆化温度62，熔点170，热分解温度316以上，长期使用温度40150。可用一般热塑性塑料加工方法成型。其突出特点是机械强度高，耐辐照性好。具有良好的化学稳定性，在室温下不被酸、碱、强氧化剂和卤素所腐
19、蚀，发烟硫酸、强碱、酮、醚绵少数化学药品能使其溶胀或部分溶解，二甲基乙酰胺和二甲基亚砜等强极性有机溶剂能使其溶解成胶体状溶液。132聚合物PVDF基复合材料改性的目的和意义聚偏氟乙烯是一种性能优异的聚合物，介电常数较大、易加工、热稳定性好等诸多优点，但是对于实际应用来说，仅凭这些很大程度上会受到限制的，尤其是介电性能方面。为克服这些缺点，通过掺入一些填料，从而促使产生112、000等效应，改善聚偏氟乙烯性能单调的状况。通过掺入碳纳米管、导电颗粒促使复合物的介电常数等电性能极大提高10,11在这些复合物中通过掺入具有一定特性的纳米颗粒，当其含量达到一定程度时，引起渗流效应，出现一些异常特征。但是
20、这类复合物也有一些自身的缺陷当掺入量在渗流阈值附近处，掺入量只有微小变化却会给介电常数带来巨大的变化，很显然要精确的制备复合物，具有较大的困难。有人在PVDF中掺入钛酸钡和碳纳米管制备三相复合材料，以碳纳米管和聚偏氟乙烯固定比例的混合物为基体，改变钛酸钡的含量研究介电性能，渗流阈值BT015,频率为100HZ时，1519。从这报道结果来看，很显然该变了上述缺陷，但是掺入填料的含量也不低，这必将对PVDF的机械力学性能、柔韧性等有较大的影响。同时填料在聚合物基体中微观分布是随机，并不能使填料排列成有一定规律的构形，且这些填料颗粒若将一定的规律排列，这必将对复7合材料的性能产生重大影响。通过机械拉
21、伸的方式，迫使复合材料中纳米填料沿着拉伸的方向平行排列，从而能形成许多的微电容器。把不同长径比的碳纳米管掺入到PVDF中7，机械拉伸至断裂为止，发现较小长径比的CNT与PVDF复合拉伸后介电常数降低,而较大长径比的CNT与PVDF复合拉伸后介电常数在某个拉伸长度时有最大值（100HZ时介电常数最大增量为625）。这也说明通过机械拉伸的方式促使介电常数的增加与增加掺入量的效果的一样的。虽然有机材料具有很多优点，但是其介电常数不够高，因此随着信息、电子和电力工业的快速发展，以低成本生产具有高介电常数和低介电损耗的聚合物基复合材料成为行业关注的热点。在相同体积情况下,为了获得质量轻和高储能密度的大功
22、率电容器，必须采用以密度小、介电常数高的电介质材料作为电荷储存的薄膜，按照有机薄膜电容器的制备工艺生产大电容值的电力电容器。因此，研究具有高介电常数的聚合物基复合材料具有十分重要的学术意义和实用价值。提高聚合物介电常数的一个途径是在聚合物基体中填充适量的高介电颗粒。但由于铁电聚合物的表面能比填充颗粒低得多，复合材料两相的相容性不好，使得颗粒与聚合物基体产生相分离而降低复合材料的介电常数，且频率稳定较差。本论文将通过导入镍粉末和FE3O4粉末来观察PVDF复合材料的介电性能变化，以得到导电粒子对复合材料改性变化。82聚合物基复合材料的制备21二相共混复合薄膜的制备211实验药瓶和仪器二甲基甲酰胺
23、（DMF），丙酮，PVDF粉体,NI、FE3O4颗粒，烘箱，阻抗分析仪4294A，真空设备。212实验制备过程用电子天平称取PVDF粉末，加入二甲基甲酰胺溶剂将样品配成溶液；然后加入不同质量的填料粒子（NI或FE3O4，尺寸分别为400NM和500NM），用超声波搅拌器充分搅拌溶液使粒子在溶液中分散混合均匀。然后将溶液放进自制真空容器中抽真空，直至溶液中的空气以汽泡形式溢出，肉眼看不见小汽泡溢出为止。再将已经抽去汽泡的溶液倒在真空容器室的水平玻璃片或云母片上，注意均匀性，随后抽真空以使溶剂挥发，待溶剂基本挥发样品成型后，为提高结晶度，将玻璃片移入135的烘箱中，作用10小时，随炉自然冷却至室温
24、。将样品（附着在玻璃片上）放入纯净水中浸泡，聚合物薄膜即可轻轻取下。22二相共混复合块体的制备（实验室制法）221实验药瓶和仪器PVDF粉体，NI、FE3O4颗粒，烘箱，压片机，研磨工具，螺旋测微器，阻抗分析仪4294A。222实验制备过程称量用电子天平称取2克PVDF粉末，加入不同质量的填料粒子（NI或FE3O4，尺寸分别为400NM和500NM）。研磨将两者混合进行研磨，使两者混合均匀，研磨时要分散均匀；压片利用压片机将混合均匀的粉末压成片，成片的样品一定要均匀、平整；退火将成片样品（附着在玻璃片上）放入烘箱中加热到200，经过半小时后，关掉烘箱使温度降到120，作用12小时，随炉自然冷却
25、至室温。23实验测量在成膜法中，把表面覆盖FE3O4/PVDF、NI/PVDF的玻璃片放入干净的冷水中，使其脱离玻璃。在薄膜而表面涂银浆，要涂抹均匀，运用精密阻抗分析仪（AGILENT4294A）测试介9电性能。在成片法中，将FE3O4/PVDF、NI/PVDF的成片样品两表面涂上银浆，要涂抹均匀，不可将两面相连，运用精密阻抗分析仪（AGILENT4294A）测试介电性能。3NI/PVDF复合材料的介电性能研究31NI/PVDF复合薄膜的实验结果与数据分析图31为NI/PVDF复合薄膜的介电常数与镍含量质量分数关系曲线图。图中显示介电常数随频率增大而减小。当频率大于105HZ时，介电常数随频率
26、减小更慢一些。各不同NI的不同质量百分比中，NI的质量分数小于03时，曲线几乎是平行线，而其余的曲线低频下介电常数迅速增大。从图中还可以看出，当实验频率在小于104HZ时，复合材料的介电常数随实验频率的变化并不改变，但当实验频率在105HZ时，复合材料的介电常数随频率的增加迅速下降，NI的质量分数越大表现得越明显，这是聚合物PVDF的介电常数特征松弛下降过程。表明填料未能改变聚合物基体的介电性能在高频不稳定的弱点，但质量分数05时的复合材料介电常数尽管在高频段有明显的的松弛下降过程，但仍然比改性前的介电常数高得多。图32是介电损耗与频率关系曲线，总体上说，介电损耗随频率先增后减，当频率小于10
27、5HZ时，介电损耗几乎成直线，增长缓慢，而当频率大于105HZ后，介电损耗有所增加，而当频率达到107HZ时，介电损耗却迅速减小。从图中我们还可以看出介电损耗是随着NI的质量分数的增加而有所增大的，但是增幅不大。表明复合材料的介电损耗随着填料的增加而增加，在频率大于105HZ时，增幅明显增大，而当频率大于107HZ时，复合材料可能已形成导体，损耗较少明显。图33不同质量分数NI/PVDF复合薄膜的电导率与频率的关系曲线图，显而易见，电导率随着频率增加而增加，随着质量分数的增加电导率有略微的增加，而当频率达到107HZ以后，电导率直线下降。图34为100HZ下NI/PVDF复合薄膜的电导率/介电
28、常数与质量分数的关系曲线，根据曲线斜率可得介电常数随镍的质量分数增大而增加，当质量分数从04到06，介电常数从21增加到88，认为发生了渗流效应。根据渗流理论EFFCNIS；NIC（1）10EFF为有效介电常数，C渗流阈值，NI镍含量体积分数，S是临界指数。根据方程（1）用最小二乘法拟合得出C05，S0382。一般来说，无机导电颗粒/聚合物复合材料发生渗流效应时，根据渗流理论对球形颗粒而言渗流阈值一般为约016（体积比）23。本实验中得到的渗流阈值与文献7，8，21中的完全不同，是因为加工工艺、材料以及材料形状的不同所造成的。1021031041051061071080102030405060
29、708090100DIELECTRICCONSTANTFREQUENCYPVDF/NI30/70WEIGHTFRACTION001020304050631不同镍质量分数NI/PVDF复合薄膜的介电常数与频率的关系曲线1021031041051061071080706050403020100010203PVDF/NI30/70DIELECTRICLOSSFREQUENCYWEIGHTFRACTION001020304050632不同镍质量分数NI/PVDF复合薄膜的介电损耗与频率的关系曲线11102103104105106107108108107106105104103102PVDF/NIWEI
30、GHTFRACTION0010203040506CONDUCTIVITYSM1FREQUENCY33不同质量分数NI/PVDF复合薄膜的电导率与频率的关系曲线00010203040506020406080100CONDUCTIVITYFITTEDDIELECTRICCONSTANTFITTEDWEIGHTFRACTIONDIELECTRICCONSTANTPVDF/NI0020X10940X10960X10980X10910X10812X10814X10816X10818X10820X108CONDUCTIVITY34100HZ下NI/PVDF复合薄膜电导率/介电常数与质量分数的关系曲线4FE
31、3O4/PVDF复合材料的节电性能研究41FE3O4/PVDF复合薄膜的实验结果与数据分析图35为不同FE3O4体积分数FE3O4/PVDF复合薄膜的介电常数与频率的关系曲线，图中显示，在低频（频率小于105HZ）条件下，随着FE3O4体积分数的增加，介电常数不断增加，尤其在体积分数大于0060时，在低频条件下，介电常数增加显著。但是当频率增加，频率12大于105HZ时，复合材料的介电常数迅速下降，这是聚合物PVDF的介电常数特征松弛下降过程。这里的现象跟NI填充类似，FE3O4填料未能改变聚合物基体的介电性能在高频不稳定的弱点。图36为不同FE3O4体积分数FE3O4/PVDF复合薄膜的介电
32、损耗与频率的关系曲线，在低频（频率小于105HZ）条件下，介电损耗缓慢增加，而随着体积分数的增加介电损耗不断增加，特别当体积分数达到0069时，介电损耗在达到很高，在低频下，反而成线性下降，说明FE3O4填充的复合材料在体积分数达到065时比较适当。而当高频（频率大于105HZ）条件下，介电损耗呈现先增加后减少的趋势，而随着体积分数变化不大。102103104105106107108020406080100FE3O4/PVDFVOLUMEFRACTIONOFFE3O400000017003600440052006000650069DIELECTRICCONSTANTFREQUENCY35不同F
33、E3O4体积分数FE3O4/PVDF复合薄膜的介电常数与频率的关系曲线131021031041051061071080201000102030405060708FE3O4/PVDFVOLUMEFRACTIONOFFE3O400000017003600440052006000650069DIELECTRICLOSSFREQUENCY36不同FE3O4体积分数FE3O4/PVDF复合薄膜的介电损耗与频率的关系曲线图37为不同FE3O4体积分数FE3O4/PVDF复合薄膜的电导率与频率的关系曲线，图中显而易见，电导率随着频率的增加不断递增，在低频（频率小于105HZ）条件下，随着体积分数的增加电导率
34、增加明显，尤其在体积分数为065时，电导率增加幅度显著；在高频（频率大于105HZ）条件下，出现松弛现象，跟体积分数的关系变化不大。图38是在100HZ条件下FE3O4/PVDF复合薄膜电导率/介电常数与质量分数的关系曲线，从图中可以看出电导率从体积分数0035开始变化，开始缓慢，慢慢变快，而介电常数是从005开始变化，根据电导率/介电常数曲线斜率所得，FE3O4/PVDF复合薄膜的渗流阈值为065。14102103104105106107108108107106105104103102FE3O4/PVDFVOLUMEFRACTIONOFFE3O400000017003600440052006
35、000650069CONDUCTIVITYFREQUENCY37不同FE3O4体积分数FE3O4/PVDF复合薄膜的电导率与频率的关系曲线000001002003004005006007020406080100CONDUCTIVITY100HZLORENTZFITTEDDIELECTRICCONSTANT100HZLORENTZFITTEDVOLUMEFRACTIONDIELECTRICCONSTANTFE3O4/PVDF0020X10540X10560X10580X10510X10412X10414X10416X104CONDUCTIVITY38100HZ下FE3O4/PVDF复合薄膜电导率
36、/介电常数与质量分数的关系曲线5总结51分析总结通过对NI/PVDF复合材料和FE3O4/PVDF复合材料的数据分析，以不同电导率和结构的导电颗粒填料作为分散剂的复合材料的节电性能，得到以下结论（1）在PVDF基体中掺入导电颗粒NI制备NI/PVDF复合材料，从介电性能分析得出，随着镍的质量分数增加，介电常数不断增加，当质量分数增加到50，介电常数突15然增加，此时认为发生渗流效应，渗流阈值为50，与纯PVDF相比，介电常数增加4倍之多，达到65之多。（2）在PVDF中掺入导电颗粒FE3O4制成FE3O4/PVDF复合材料，从介电常数分析，也是随着体积分数的增，介电常数不断增加，当体积分数增加
37、到0065时，突变明显，认为发生渗流效应，渗流阈值为0065，于纯PVDF相比，增加介电常数增加5倍之多。（3）从介电损耗方面分析，FE3O4/PVDF复合材料比NI/PVDF复合材料大的多，在发生渗流效应时，FE3O4/PVDF复合材料的介电损耗高达025之多，而NI/PVDF复合材料只有不到01。（4）而从电导率方面看，FE3O4/PVDF复合材料比NI/PVDF复合材料高的多，在渗流阈值附近两者的电导率相差10倍之多。52展望及前景本文主要研究了PVDF/NI、PVDF/FE3O4等两种复合体系的电学性能。在PVDF基体中添加NI、FE3O4等导电粒子，可以使复合材料发生渗流效应，在质量
38、分数为50时，PVDF/NI介电常数达到65,，在体积分数为65的PVDF/FE3O4复合体系中，介电常数高达100。同时，两种改性方法都在一定程度上增大了介电损耗，但是其有效值均保持在一个较低的数值范围内。聚合物导电粒子复合材料属于纳米材料工程，是在纳米材料研究的基础上，通过纳米合成、纳米复合发展的新型材料。目前，已经在光、电、磁等功能材料的研究上取得了令人瞩目的成果，但是相对于其它聚合物基纳米复合材料而言，它的研发是滞后的。目前许多制备方法还停留在实验室阶段，制得的纳米复合材料的性能往往无法与期望的完全符合。在实验的制备中我们同样发现了一些需要解决的问题，例如（1）导电粒子的团聚问题；（2
39、）导电粒子的保护、防氧化问题；（3）导电纳米粒子与聚合物之间的界面作用；（4）导电纳米粒子在聚合物基体中的分散问题。总之，无论是改进原有的方法还是发展新方法，都应该深入的进行材料结构与性能方面的基础理论研究，使这种复合材料实现大规模的产业化，相信这种复合材料在不久的将来会充分施展其应用价值，这当然需要我们的进一步研究。16参考文献1钟维烈铁电体物理学科学出版社19982殷之文电介质物理学（第二版）科学出版社20033NEWNHAMRE,COMPOSITESELECTROCERAMICS,FERROELECTRICS,1986,68,14UCHINOK,FERROELECTRICDEVICES,
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