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《四川大学》 2007年
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固相剪切碾磨方法制备聚丙烯/钛酸钡高介电常数复合材料

刘源波  
【摘要】: 电子工业和信息技术的快速发展迫切需要具有优良加工性能的高介电常数材料。通过聚合物和陶瓷的复合可以实现两种组分的优势互补,得到具有较高介电常数和良好加工性能的材料。本文采用固相剪切碾磨方法(S~3M)制备高介电常数聚丙烯(PP)/钛酸钡(BaTiO_3)复合材料,研究了固相剪切碾磨过程中聚丙烯/钛酸钡体系中各组分的结构变化以及相应复合材料的结构与性能。 利用自行设计制造的磨盘形力化学反应器在室温、固相和未对陶瓷粒子进行任何表面处理的条件下,首先制备了不同钛酸钡含量的聚丙烯/钛酸钡陶瓷复合粉体,进而制备具有良好介电性能的复合材料。 聚丙烯/钛酸钡复合粉体的SEM、TGA和FT-IR等分析表明固相剪切碾磨产生的强大剪切、挤压、摩擦等作用引起聚合物相的多种复杂的物理及化学变化,表现为聚丙烯粒径变小,粒子比表面积增大(表面能大幅增加),聚丙烯/钛酸钡界面相互作用增强。上述变化均有利于改善所制复合材料的界面粘结性,从而有利于降低材料的介电损耗。 在固相碾磨过程中,钛酸钡粒子的结构没有发生显著的变化,而聚丙烯则发生分子链断裂、晶粒尺寸减小、晶格扭曲和变形等,其结晶部分也在碾磨过程中发生了明显的非晶化。XRD和DSC分析表明,在磨盘碾磨过程中,聚丙烯/钛酸钡复合体系的聚合物相会形成由细化的纳米晶粒散乱分布于非晶区的“纳米晶”亚稳结构,由于钛酸钡粒子的纳米效应,这种结构在随后的热处理过程中能部分保存下来,在材料中形成大量的晶区/非晶区界面,有利于复合材料的介电常数的提高。 SEM分析表明,在固相剪切碾磨法制备的聚丙烯/钛酸钡复合材料中粒径约100nm的钛酸钡粒子均匀分散在聚丙烯基体中。该复合材料具有良好的介电性能,当钛酸钡体积含量为50%时,室温介电常数较纯聚丙烯增加了近23倍,达52.2(1kHz),且介电损耗保持在较低水平。 此外,本文还考察了不同加工方法和第三组分对复合材料介电性能的影响。最后,将不同的介电模型初步应用于聚丙烯/钛酸钡体系,结果表明对数模型较适于本研究体系。
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB332

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