具有高擊穿強度和高介電常數(shù)的介電復合材料由于在儲能方面的廣泛應用受到了極大的關注。本文以鈦酸鋇（BT）作為陶瓷填料,聚偏氟乙烯（PVDF）或者其共聚物作為聚合物基體,通過改變填料的殼層類型或改變復合材料的組成,系統(tǒng)地研究了填料的殼層結構、填料的形貌、填料和聚合物基體界面間的連接方式以及聚合物基體的交聯(lián)對復合材料介電性能及擊穿性能的影響。（1）研究了殼層聚合物的類型對復合材料介電性能和擊穿強度的影響。將巰基封端的聚偏氟乙烯（PVDF-SH）和聚苯乙烯（PS-SH）分別作為殼層材料通過“grafting to”的方法接枝到BT表面制備雜化顆粒,并作為填料制備復合材料。結果表明,經(jīng)過聚合物改性的BT與聚合物基體的相容性比未經(jīng)改性的BT更好,而且PVDF殼層要比PS殼層的效果更好。當填料的摻雜量為30 vol%時,BT@PVDF/PVDF和BT@PS/PVDF復合材料的擊穿強度相比于BT/PVDF復合材料分別提高了101%和88.2%,介電損耗也得到了有效的抑制。（2）將絕緣的二氧化硅（SiO₂）材料作為殼層結構,以更加簡單的方法制備了具有核-殼結構的納米雜化顆粒（BT@... 

【文章來源】：濟南大學山東省

【文章頁數(shù)】：142 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

電容器的應用介電電容器在結構上包括兩個電極和電極中間的介電層

濟南大學博士學位論文3容器的體積比來表示：==∫0=∫0(1.3)其中：D是介電層的電位移，max是積累電荷引起的最大電場，數(shù)值上等于施加的外部電常對于具有高介電常數(shù)的電介質，D（D=0E）非常接近介電層的極化P。公式1.3也可以寫成：=∫0=∫00(1.4)因此，通過計算P-E曲線的積分面積，可以得到電容器的能量密度[13]。如圖1.2所示，圖中陰影區(qū)域面積等于可恢復的能量密度，即為放電過程中能夠釋放的能量密度，斜線區(qū)域等于耗散的能量密度，即為電介質的介電損耗。對于介電常數(shù)與電場無關的線性電介質，公式1.4可表示為：=1202(1.5)可以清楚地看出，制備具有高擊穿強度的電介質在實現(xiàn)高儲能密度方面更有希望。值得注意的是公式1.5只是一個近似方程式，因為電介質的介電常數(shù)在高電場下通常表現(xiàn)出非線性行為，即使對于線性電介質也是如此。另外，出于可靠性的原因，所施加的外電場通常低于電介質的擊穿強度。圖1.2不同類型電介質的電滯回線示意圖：線性電介質（a）；鐵電體（b）；弛豫鐵電體（c）；反鐵電體（d）1.2.2電介質及極化在外加電場的作用下能夠發(fā)生極化的材料被稱為電介質，根據(jù)電介質材料的極化強

含氟聚合物/鈦酸鋇介電復合材料的制備及性能研究6圖1.3電偶極矩的定義（a）；電子極化的起因（b）和（c）；沒有施加外電場的情況下共價鍵中的價電子以及施加電場時共價鍵中的價電子相對于正電荷原子核的移動（d）離子極化發(fā)生在離子晶體中，是離子性電介質介電常數(shù)的主要貢獻因素。當沒有施加電場時，由于偶極矩整齊排列，所以材料沒有凈極化，如圖1.4a。但是，當在沿x方向施加電場E的情況下，負離子被推向-x方向，正離子被推向+x方向，如圖1.4b所示。因此，在+x方向上的偶極矩p+增加到p"+，而偶極矩p-則減小到p"-，此時，每個離子對的凈偶極矩（平均偶極矩）變?yōu)閜"+-p"-，其大小取決于外加電場的強度。圖1.4沒有施加電場的離子晶體中的離子鏈，每個離子的平均或凈偶極矩為零（a）；在外電場的作用下離子會發(fā)生輕微偏移，出現(xiàn)凈偶極矩（b）偶極極化是極性電介質材料的典型特征，由于極性分子的自然取向，偶極極化是固有的，或者是由于分子中原子核的不對稱引起的。當不存在電場時，分子由于熱運動而隨機取向，一旦施加了外電場，極性分子就會傾向于平行電場的方向排列，如圖1.5所示。對于極性聚合物而言，分子鏈內的極性基團有助于實現(xiàn)更高的偶極極化強度，產(chǎn)生更大的介電常數(shù)。而非極性聚合物結構的對稱性會使偶極矩降低，進而導致較低的介電常數(shù)。因此通過在聚合物鏈中添加極性側基是增強偶極極化的有效方法之一。

【參考文獻】：
期刊論文
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