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《北京化工大学》 2009年
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导电聚苯胺/聚偏氟乙烯全有机复合材料的制备及其介电性能的研究

苑金凯  
【摘要】: 导电填料/聚合物基复合材料利用渗流效应,在填料含量接近渗流阈值时介电常数可以得到极大的提高。该复合材料由于其较少的填料含量和聚合物基体良好的加工性能,在高介电聚合物基复合材料领域备受青睐,在电力电子行业有很大的应用潜能。该类复合材料的介电性能受填料的电导率、物理形状以及复合材料的加工工艺影响很大。 本论文以铁电性能优异,在室温下具有较高介电常数的聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,选用高氯酸掺杂的导电聚苯胺(PANI)颗粒作为导电填料,通过流延成膜和热塑成型两种加工工艺制备了PANI/PVDF复合材料,并对其介电性能做了详细的表征,比较了两种加工工艺制备的复合材料的介电性能的差异。 首先采用流延成膜工艺制备了高储能密度的PANI/PVDF全有机复合薄膜介质材料。研究了添加物含量、频率等因素对复合介质材料介电性能的影响。发现当PANI体积分数达到0.05时(略高于渗流阈值f_c=0.041),复合薄膜的介电常数在100Hz条件下高达456,击穿场强为60 MV/m,储能密度达到了7.2 J/cm~3,与PVDF基体相比提高了3倍多。另外还发现即使在渗流阈值附近,复合薄膜介电性能仍具有一定的频率稳定性。介电常数在低频范围(10~2-10~4 Hz)内基本保持不变。利用SEM对复合薄膜的表面形貌进行了分析,发现有机填料PANI粒子在PVDF基体内有很好的分散性。另外利用XRD分析了复合薄膜的晶体结构,发现该制备工艺条件下所得复合材料基体主要以β-PVDF形式存在,这有助于发挥PVDF基体的功能性。渗流阈值理论可用来解释介电常数随添加物含量和频率的变化规律。研究结果表明该制备工艺可得到适用于较宽频率范围的高储能密度复合薄膜。 采用热塑成形工艺制备了高介电PANI/PVDF复合材料,同流延成膜工艺相比,具有略高的渗流阂值(f_c=0.045),在100Hz条件下,介电常数提高幅度较小,仅为242,在渗流阈值附近,介电常数有较强的频率依赖性,聚合物基体内α-PVDF相比例明显增多。重点研究了温度对复合材料的介电性能的影响。发现聚苯胺体积含量为1%时,介电常数与电导率随温度的变化最为显著,聚苯胺颗粒之间的遂穿效应(Tunneling effect)可以很好的解释这一现象。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB332

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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1 于柏林 张兆军;“导电聚苯胺”材料实现工业化生产[N];科技日报;2001年
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5 记者  张兆军 通讯员  李颖;我研制导电塑料并实现工业化[N];科技日报;2006年
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