非铁电巨介电压敏材料CCTO

本文主要介绍了近年来一种新型类钙钛矿型非铁电巨介电非线性压敏陶瓷材料——CaCu3Ti4O12,概述了其在晶体结构、相结构、微观形貌、多条件下介电特性和I-V特性等方面的研究进展。比较了CaCu3Ti4O12陶瓷的各种巨介电性理论和模型,阐述了压敏特性的起源。在讨论CaCu3Ti4O12陶瓷巨介电性和压敏特性机理的同时,指出了CaCu3Ti4O12作为介电材料和压敏材料的研究方向及应用的可能性。掺杂、复合及热处理工艺等对CaCu3Ti4O12电性能影响的系统性研究工作还需要进一步深入;纳米化可能会导致其某项特性的进一步提升,而薄膜化尽早与微电子领域的需要相结合会产生更广阔的应用空间。     

纤维素基介电材料

作为电荷的高效存储设备,介电电容器受到学术界和产业界越来越多的关注,其中介电材料是介电电容器的核心。长久以来,双向拉伸聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯等石油基聚合物作为介电材料广泛应用于商用电容器设备。然而,随着服役环境的变化(如工作温度升高等),聚合物材料的介电常数与充放电效率下降,同时介电损耗与电流漏导增加,导致储能密度大幅降低,亟待开发具有高储能密度的新型可持续聚合物介电材料。纤维素是地球上储量最丰富的天然聚合物,具有可持续、价格低廉、可生物降解等特点,是理想的候选生物基材料。近年来,通过将纤维素纳米纤维、氰乙基纤维素、再生纤维素及醋酸纤维素分别与不同填料进行复合,显著提高了介电常数、击穿场强与充放电效率,获得了一系列具有高储能密度的生物基介电材料。本文总结了上述纤维素基介电材料的研究进展,并对该领域面临的挑战与发展前景进行了探讨与展望。     

聚苯乙烯—钛酸钡复合材料介电性能的研究

以聚苯乙烯与化学沉淀法钛酸钡陶瓷为基本组成，采用溶液共混，溶液聚合，表面处理后溶液聚合三种方法进行复合，发现后两种复合的钛酸钡颗粒表面发生界面变化，形成活性界面，使得溶液聚合法和表面处理后溶液聚合所得到的材料具有较低的介电损耗，在高频下能保持较高的介电系数。     

FeCl3/共轭聚席夫碱复合材料的制备及介电性能

由戊二醛和对苯二胺通过缩合反应合成席夫碱聚合物,并将其与三聚氰胺交联构筑立体网状结构,再与氯化铁配位形成具有"海胆状"结构的FeCl₃/席夫碱复合材料,利用傅里叶红外光谱和扫描电镜对其进行表征。通过对比Fe³⁺掺杂量分别为0.02、0.03、0.04 mol时复合材料半年前后的电导率、介电常数实部与虚部、介电损耗角正切值和科尔-科尔半圆的改变,发现静置后复合材料介电参数均大幅增长,介电弛豫从无到有,并且在刚合成时其介电常数虚部在3.664×10⁶~1.000×10⁷ Hz为负值,但经过静置后却转变为正值。其中,静置半年后,Fe³⁺掺杂量为0.04 mol的席夫碱铁盐聚合物在102 Hz处的介电损耗角正切从0.02升至6.13,电导率从7.15×10^-7 S·cm^-1升至2.19×10-5 S·cm^-1,介电常数实部与虚部也大幅增加,介电损耗机理为二重介电驰豫。     

FeCl3/共轭聚席夫碱复合材料的制备及介电性能

由戊二醛和对苯二胺通过缩合反应合成席夫碱聚合物,并将其与三聚氰胺交联构筑立体网状结构,再与氯化铁配位形成具有"海胆状"结构的FeCl_3/席夫碱复合材料,利用傅里叶红外光谱和扫描电镜对其进行表征。通过对比Fe~(3+)掺杂量分别为0.02、0.03、0.04 mol时复合材料半年前后的电导率、介电常数实部与虚部、介电损耗角正切值和科尔-科尔半圆的改变,发现静置后复合材料介电参数均大幅增长,介电弛豫从无到有,并且在刚合成时其介电常数虚部在3.664×10~6~1.000×10~7 Hz为负值,但经过静置后却转变为正值。其中,静置半年后,Fe~(3+)掺杂量为0.04 mol的席夫碱铁盐聚合物在102 Hz处的介电损耗角正切从0.02升至6.13,电导率从7.15×10~(-7)S·cm~(-1)升至2.19×10~(-5)S·cm~(-1),介电常数实部与虚部也大幅增加,介电损耗机理为二重介电驰豫。     

炭黑/硅橡胶介电弹性体复合材料的制备研究

硅橡胶介电弹性体因其模量低、应变响应速度快、回弹速率高及温度适应范围广等优点在介电弹性体研究领域广受关注,具有十分广阔的应用前景.但其存在介电常数低、电致变形量小的缺点.针对此问题,本研究以硅橡胶为基体,以炭黑为填料,通过将炭黑质量分数变化范围控制在0％～20％,厚度变化控制在0.5mm～2mm,制备了炭黑/硅橡胶介电...     

高介电性能石墨烯/聚合物纳米复合材料研究进展

石墨烯作为一种新型二维平面纳米材料,表现出许多优异的物理性质.将石墨烯与聚合物复合,利用其独特的结构及物理性质,有望开发一类具有卓越介电性能的纳米复合电介质材料.本文总结了高介电石墨烯/聚合物纳米复合材料这一研究方向的最新进展,重点介绍了石墨烯提高聚合物基体介电性能的基本理论、石墨烯/聚合物界面对复合电介质性能的影响等,并简要展望了这类材料的发展前景.     

聚(金属酞菁)酰亚胺/碳纳米管复合材料的制备及介电性能

以四氨基铜(锌)酞菁为四胺单体, 与4,4'-二苯醚二胺(4,4'-ODA)和二苯醚四酸酐(ODPA)进行共聚, 合成了聚(金属酞菁)酰亚胺. 由于金属酞菁的引入, 聚(铜酞菁)酰亚胺和聚(锌酞菁)酰亚胺的介电常数均高于传统聚酰亚胺(PI). 以聚(铜酞菁)酰亚胺为基体, 采用溶液共混的方法, 制备了一系列碳纳米管/聚(铜酞菁)酰亚胺复合材料, 碳纳米管较为均匀地分散在聚合物基体中. 复合材料具有良好的介电性能, 掺杂碳纳米管质量分数为20%的复合材料的介电常数达到200, 介电损耗为2.25.     

偶联剂对玻璃纤维/环氧树脂基复合材料介电性能的影响

偶联剂对玻璃纤维／环氧树脂基复合材料介电性能的影响陈平刘胜平张明艳（哈尔滨理工大学电工材料系哈尔滨１５００４０）关键词环氧树脂基复合材料，介电性能，偶联剂，浸润性玻璃纤维／环氧树脂基复合材料（ＧＦＲＰ）具有优异的电气和力学性能．然而孔隙的存在强烈地...     

Ba0.6Sr0.4TiO3/聚偏氟乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备及其介电性能

采用流延热压工艺制备Ba_0.6Sr_0.4TiO₃(BST)/聚偏氟乙烯(PVDF)?聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合薄膜,研究了PMMA含量对复合材料微观组织结构和介电性能的影响规律。结果表明,BST相能够均匀分散在聚合物基体中,归因于PMMA与PVDF良好的相容性,2种聚合物之间的界面不分明;随着PMMA含量的增加,复合材料的介电常数先降低后升高,耐击穿强度和介电可调性先增加后减少。PMMA含量(体积分数)为15%的BST/PVDF?PMMA₁₅复合材料的综合性能最佳:介电常数为23.2,介电损耗为0.07,耐击穿强度为1412 kV·cm^-1,在550 kV·cm^-1偏压场下,介电可调性为26.2%。     

PANI—PBOPy复合材料的制备及介电性能

采用甲基磺酸（MSA）掺杂聚苯胺（PANI）,并以MSA为溶剂,将其与聚（2,6-亚吡啶基）苯并二嗯唑（PBOPy）采用溶液共混法制备了不同PANI质量分数的PANIPBOPy复合材料。采用红外光谱、wXRD、Uv—Vis、TGA以及SEM对复合材料的结构和性能进行了表征。研究了PANI的质量分数、温度、频率等因素对PANIPBOPy复合材料导电性能和介电性能的影响。研究表明：当PANI的质量分数达到20％时,复合材料的电导率增大了10个数量级;复合材料的介电常数和介电损耗则随着PANI质量分数的增加呈现先增大后减小的趋势,随着频率的升高先迅速降低而后趋于稳定,并且随温度升高而增大,40℃时PANI质量分数为15％的复合材料的介电常数约为230。     

聚合物纳米复合电介质

聚合物纳米复合材料能够发挥纳米材料在电、磁、光等方面的优越性,也具有聚合物的易成型等方面的优点,正成为电介质领域研究的热点.本文综述了聚合物纳米复合材料在介电性能方面的研究概况,主要涉及了电导、介电强度与空间电荷、介电常数、介电损耗以及局部放电等方面的研究.最后展望了今后的研究方向.     

低温固态反应制备纳米Ba_(1-y)Sr_yTi_(1-x)Zr_xO_3介电材料及性能研究

将TiCl4的水解产物与固体Ba(OH)2按摩尔比1∶1混合,混合物经室温研磨、100℃烘干,得到钛酸钡纳米晶;按相同工艺掺杂,合成了一系列Ba1-ySryTi1-xZrxO3(0x≤0.3,0y≤0.4)固溶体;采用X射线衍射分析了产物的晶体结构,采用透射电镜观察了其形貌;并测定了系列固溶体的室温介电常数、介电损失.结果表明,所制备的Ba1-ySryTi1-xZrxO3为完全互溶取代固溶体,由平均粒径70 nm的球形微粒组成.经低温固态反应掺入适量锆、锶后,BaTi O3的室温介电常数由3 000提高到20 000左右.     

碳纳米管-聚乙烯复合材料的介电性能

采用熔融共混及模压的方法制备了碳纳米管(CNT)-高密度聚乙烯(HDPE)复合材料,并用介电谱仪研究了逾渗值附近的导电填料对复合材料体系在不同温度、频率条件下的介电常数、介电损耗、交流电阻率的变化规律。结果表明:复合材料的介电常数、介电损耗均随CNT质量分数增加而逐渐增大;在频率为103~106 Hz,温度为40~130℃时,HDPE基体的介电常数随频率和温度的变化较小,而添加CNT填料的复合材料的介电常数随频率和温度的增加而略微降低。当w(CNT)0.5%时,复合材料的交流电阻率表现出对频率的强烈依赖性;而当w(CNT)0.5%时,在低频处表现出直流特性,在高频处显示出交流电阻率的降低。     

Ag负载KTa1-xNbxO3-BaTiO3颗粒掺杂P(VDF-TrFE-CTFE)复合材料的制备及介电性能

通过光照还原法制备了银颗粒负载的铌钽酸钾-钛酸钡复合粉体（Ag/KTN-BT）,并将其与聚偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯（P（VDF-TrFE-CTFE））聚合物复合,获得Ag/KTN-BT聚合物基复合材料。研究发现,Ag/KTN-BT填料颗粒在聚合物基体中分散均匀,复合材料结构致密,无明显气孔和裂纹,且具有较好的柔韧性。银纳米颗粒的负载,一方面在复合材料中引入了额外的界面,导致界面极化作用增强,明显提高复合材料的介电常数;另一方面银纳米颗粒的量子尺寸效应和库伦阻塞效应使得复合材料保持较低的介电损耗。当填充体积分数为20%的Ag/KTN-BT颗粒时,聚合物基复合材料的介电常数大幅提升,从聚合物的37提升到125（100 Hz）,介电损耗仅为0.12。与KTN-BT基复合材料对比,Ag/KTN-BT基复合材料也显示出较好的介电性能。     

(K_(0.485)Na_(0.485)Li_(0.03))NbO_3-Pb(Zr_(0.53)Ti_(0.47))O_3陶瓷的介电铁电性能

采用传统电子陶瓷工艺制备新型钙钛矿体系(1-x)(K_(0.485)Na_(0.485)Li_(0.03))NbO_3-Pb(Zr_(0.53)Ti_(0.47))O_3陶瓷,研究了该体系陶瓷的介电铁电性能.X射线衍射分析表明:所有陶瓷样品都具有单一的钙钛矿结构,在0.65≤x≤0.75时,出现明显的正交相和四方相的准同型相界区.测试结果表明:陶瓷具有高介电常数.低介质损耗,良好的温度稳定性;获得了饱和的电滞回线,显示了优良的铁电性能.尤其在x=0.75时各项性能达到最佳,其中介电常数ε_r=1590,介电损耗tan δ=0.017,居里温度T_c=295℃,剩余极化强度P,=28.6 μC·cm~(-1),矫顽场强E_c=0.89 kV·mm~(-1).     

室温固态反应制备纳米Ba1－xSrxTiO3固溶体及其结构与介电性能研究

采用室温固态反应合成了一系列Ba_1－xSr_xTiO₃固溶体纳米粉末(0≤x≤1.0). 经XRD物相分析和d-间距-组成图证明, 产品为立方晶系的完全互溶取代固溶体. TEM形貌观察, 粒子基本为球形, 平均粒径40 nm. 该方法具有产率高, 无需溶剂, 对环境无污染等优点. 通过制陶实验, 分别测定了该系列固溶体的室温介电常数、介电损失以及介电常数随温度的变化. 结果发现, 采用室温固态反应在BaTiO₃中掺入适量锶, 由于掺杂离子均匀进入母体晶格, 引起居里点降低, 室温介电常数达11000以上, 介电损耗由BaTiO₃纯相的0.03 (3%)降为0.008 (0.8%). 纳米粉体的烧结温度为1180 ℃, 比传统微米级粉体的烧结温度降低100～150 ℃.     

BaTiO3/ IPNs的制备及介电性能与阻尼性能的相关性

BaTiO₃/ Interpenetrating Polymer Networks (IPNs) composites were prepared by combination of BaTiO₃nanocrystal in tetragonal system and polyurethane(PU) / unsaturated polyester (UP) interpenetrating polymer networks (IPNs). The tetragonal nanocrystalline BaTiO₃was obtained by hydrothermal process and calcination at 1 200 ℃. The prepared materials were polarized with high voltage and small current, and protected by silicon oil. The morphology of BaTiO₃/ IPNs and the effect of combination of BaTiO₃on the damping behavior of IPNs were studied. The relationship between damping performance and dielectric charater was also discussed in terms of dielectric constant and dielectric loss measured. The results show that the areas under loss modulus (E″) and the values of loss factors (tanδ) were both increased by combination of BaTiO₃into IPNs system. The maximum value of E″ increased above 100 MPa compared with pure IPNs and the extent increased more remarkably after polarizing process. The main and shoulder peak of tanδ curves both moved toward higher temperature ranges, and the temperature ranges of tanδ>0.3 was higher than 100 ℃. Moreover, through polarizing process, the composites exhibited synergistic action caused by elastomeric damping, interfacial abrasive damping and piezoelectric damping mechanisms. The relationship study of damping property and dielectric characters showed that the temperature ranges exhibited excellent consistency of maximum dielectric loss and modulus with damping loss factor.