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1、國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類號(hào)：TB332密級(jí)：公開(kāi)國(guó)際圖書(shū)分類號(hào)：620西南交通大學(xué)研究生學(xué)位論文無(wú)機(jī)粉體/PVDF高介電復(fù)合薄膜的制備及性能研究年級(jí)二零一五姓名陳峰申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別工程碩士專業(yè)材料工程指導(dǎo)老師安立楠教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TB332U.D.C:620SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisPREPARATIONANDPROPERTIESRESEARCHOFINORGANICPOWDER/PVDFHIGHDIELECTRICPERMITTIVITYCOMPOSITETHINFILMSGra
2、de:2015Candidate:FengChenAcademicDegreeAppliedfor:MasterEngineeringDegreeSpeciality:MaterialengineeringSupervisor:Prof.LinanAnMay.2018本論文得到以下項(xiàng)目資助國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（51532003）高能量密度電容器用無(wú)機(jī)介電材料西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第I頁(yè)摘要隨著電子工業(yè)的蓬勃發(fā)展以及解決環(huán)境問(wèn)題的迫切需求，電子系統(tǒng)能源效率的提升顯得愈發(fā)重要，這種需求催化了高介電常數(shù)新材料的產(chǎn)生，更高的介電常數(shù)材料能存儲(chǔ)更多的電能。陶瓷
3、擁有高介電常數(shù)和良好的熱穩(wěn)定性，然而它們的高密度、脆性和難以加工限制了其應(yīng)用。聚合物材料介電常數(shù)低，但它們具有擊穿強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、易加工等特點(diǎn)，這恰好與陶瓷材料互補(bǔ)。近些年來(lái)，通過(guò)陶瓷/聚合物復(fù)合的手段制備綜合性能優(yōu)異的高介電復(fù)合材料是儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。SiCN聚合物轉(zhuǎn)化陶瓷作為一種新型陶瓷，其介電常數(shù)比傳統(tǒng)陶瓷高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。本文利用這一特點(diǎn)將SiCN作為填料與聚合物復(fù)合得到高介電新材料，并與領(lǐng)域內(nèi)研究較多的鈦酸鋇/聚合物復(fù)合材料相比。實(shí)驗(yàn)分別采用溶液流延法和真空熱壓法制備了PVDF薄膜、BaTiO3/PVDF以及SiCN/PVDF一系列復(fù)合薄膜材料。通過(guò)測(cè)
4、試它們介電性能以及擊穿電壓，研究不同填料、制膜工藝以及填料量對(duì)薄膜性能的影響，并通過(guò)FR-IR、SEM、TG表征PVDF聚合物基體形態(tài)、薄膜微觀形貌以及熱穩(wěn)定性。主要結(jié)果如下：(1)陶瓷BaTiO3和SiCN制備的復(fù)合薄膜介電常數(shù)均隨著填料量的增加而上升。通過(guò)對(duì)比不同填料的薄膜，SiCN/PVDF薄膜介電常數(shù)較BaTiO3/PVDF更為優(yōu)異。室溫100Hz下，BaTiO3填料量為10%、20%、30%、40%對(duì)應(yīng)的薄膜介電常數(shù)分別為11、14.1、23.4、31.9；填料為SiCN時(shí)，薄膜的介電常數(shù)依次為13.3、19.7、36.2、52.4；但介電損耗略有上升
5、。同時(shí)實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)低頻下SiCN/PVDF復(fù)合薄膜介電常數(shù)發(fā)生激增，在熱壓法制備的40vol%的SiCN/PVDF薄膜中，0.1Hz下介電常數(shù)達(dá)到了2810，約為同體積分?jǐn)?shù)BaTiO3/PVDF復(fù)合薄膜介電常數(shù)(110)的25倍。(2)在室溫100Hz下，流延法制備的PVDF、40vol%BaTiO3/PVDF、40vol%SiCN/PVDF復(fù)合薄膜介電常數(shù)分別為9.34、31.9和52.4。而熱壓法制備的薄膜中，所有薄膜的介電常數(shù)相比流延法都有所提升，相對(duì)應(yīng)的PVDF、BaTiO3/PVDF、SiCN/PVDF薄膜介電常數(shù)分別上升至11.9、53和65.8，并且
6、熱壓法制備薄膜的介電損耗也有不同程度地降低。通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)表征分析，熱壓法制備的薄膜更加光滑一致、結(jié)構(gòu)內(nèi)部顆粒分布均勻、孔隙率低、兩相結(jié)合緊密，被認(rèn)為是電學(xué)性能有所改善的原因。實(shí)驗(yàn)結(jié)西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第II頁(yè)果還表明制膜工藝的改變對(duì)擊穿強(qiáng)度無(wú)明顯影響。(3)計(jì)算了復(fù)合薄膜的理論儲(chǔ)能密度，結(jié)果表明：在填料為鈦酸鋇的復(fù)合薄膜體系中，熱壓法制備的30vol%BaTiO3/PVDF薄膜儲(chǔ)能密度最佳，室溫100Hz下，為30.462J/cm。而在SiCN/PVDF復(fù)合薄膜中，低頻0.1Hz下薄膜的儲(chǔ)能密度表現(xiàn)出巨大3優(yōu)勢(shì)，填料為40vol%時(shí)，SiCN/PVDF
7、復(fù)合薄膜儲(chǔ)能密度可達(dá)到13J/cm，是BaTiO3/PVDF薄膜的20多倍。關(guān)鍵詞：高介電常數(shù)；復(fù)合材料薄膜；BaTiO3；聚合物轉(zhuǎn)化陶瓷SiCN；儲(chǔ)能西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第III頁(yè)AbstractWiththerapiddevelopmentoftheelectronicindustryandtheurgentneedofsolvingenvironmentalproblems,increasingenergyefficiencyofelectronicsystemsisbecomingmoreandmoreimportant.Thisdemandp
8、romotestheem
