聚合物导电粒子的介电改性研究【文献综述】

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1、毕业论文文献综述应用物理聚合物/导电粒子的介电改性研究摘要：现代电子科技的迅猛发展，对电子材料的介电性能提出了越来越高的要求,希望能得到具有高介电系数、低损耗、易加工等综合性能优越的新型电子材料。电子设备与元件的多功能化、小型化也要求在相同体积情况下，希望获得重量轻和高储能密度的大电容，这就必须采用以密度小、介电常数高的有机材料作为电容器介质,按照有机薄膜电容器的制备工艺生产大电容值的电力电容。本项目制备出的导电粒子复合材料具有均匀的结构和极好的频率稳定性，高介电常数低损耗。此纳米复合材料，在信息存储、生物技术等方面具有广泛的应用。关键词：介电性能渗流效应复合材料成果导电粒子历史背景：现

2、代电子科技的迅猛发展，对电子材料的介电性能提岀了越来越高的要求，希望能得到具有高介电系数、低损耗、易加工等综合性能优越的新型电子材料。电子设备与元件的多功能化、小型化也要求在相同体积情况下,希望获得重量轻和高储能密度的大电容，这就必须釆用以密度小、介电常数高的有机材料作为电容器介质，按照有机薄膜电容器的制备工艺生产大电容值的电力电容。而作为有机电介质，一般聚合物电介质材料（如PVDF等）的介电常数普遍很低（小于10）,如何在保持聚合物优异性能的同时极大地提高聚合物的介电常数、降低介电损耗就成为当前电子科技发展需要解决的一个重要课题。研究现状及研究原理：近年来，研究人员又提出了对聚合物介电

3、性能改性的新途径，在聚合物基体中加入一些导电颗粒，当导电颗粒的含量比较少时，£的变化并不明显，但是随着导电颗粒含量的增加，复合材料内部微观结构发生了巨大的变化，体系由绝缘体向导体转变，进而发生渗流效应［5］。介电常数随着导电颗粒含量的变化关系可以用下式表示£二£二£。

4、（/C-/：）//c

5、-q⑹其中/c为渗流阈值，/I为导电颗粒的体积分数，・q为临界指数（一般约等于1）o这样确实能使复合物的介电常数增大，如PVDF中SSF（Stainlesssteelfiber）的含量接近渗流阈值时，介电常数可达427,是纯PVDF的40多倍［7］。PVDF与银的复合物屮，£值也达到了400左右，损耗

6、很小。党智敏研［9］究小组发现在PVDF/碳纳米管复合材料渗流值为8%,介电常数为600(IKHz)；panda等报道PVDF/Ni复合材料在渗流值为27%时介电常数达到2050(100Hz)；FuanHe等在PVDF/膨胀石墨复合体系中发现在渗流值为1%时介电常数达到2700(100Hz)o然而，基于渗流理论，只有在渗流阈值附近，体系由绝缘体向导体转变时，介电常数才迅速增加，同时介电损耗也急剧增加(从2%到20%以上)。因此，如何利用渗流效应提高介电性能的同时降低损耗又成为另外一个重要问题。尽管有人尝试对填充的金属粒子进行表面修饰以达到较低损耗(如5%),但是相应的介电常数出现严重变异

7、。总的来说，介电常数的提高及性能改进仍不尽人意,如何进一步提高聚合物基电介质材料的介电性能仍需不断深入探索。同时，在聚合物基复合材料体系中的纳米粒子能否均匀分散是影响材料性能的关键问题。相关文献指出，纳米粒子在聚合物基体屮均匀分散能有效提高聚合物电学性能的稳定性，填料颗粒同聚合物基体的相容性又影响其自身的分散和复合材料的损耗。但是,在一般的制备方法中，如溶剂模塑法、旋转涂敷法、流延法等都存在纳米粒子的团聚问题。虽然利用分散剂、表面活性剂进行分散改性可以一定程度缓解团聚现象，但是还是不能有效控制其在聚合物基体中的分布；利用超声波作用可以使其在溶液中暂时分布均匀，但是在溶剂挥发的干燥过程屮又

8、会重新团聚，严重影响复合材料的性能。国内外的相关研究成果：自从上世纪80年代我国研制PVDF薄膜以来，各大高校和科研院所都展开了PVDF压电传感器的研究工作。近年来，随着国内经济的迅速发展，PVDF薄膜传感器的研究已经取得了突飞猛进的发展，部分研究已经实现产品化。(一)医学测量方面薄膜的出现为医学检查问题的解决提供了一种新的途径。JavadDargahi(2007)和RaminSedaghati(2007)等人利用PVDF薄膜具有机械柔性的特点，开发了内窥镜检查用齿形触觉传感器，用于对敏感性组织的力和顺应性进行测量，为医学上敏感组织的力和顺应性测量提供了一种参考方法。(二)触觉测量方面触

9、觉传感器的研究一直是现代自动化机器人研究的重点，最近模拟人手感觉工作的PVDF触觉传感器已用在机器人研究上。当PVDF压电薄膜受力后产生电荷，按电荷量的大小和分布来判别物体的形状，能与机器人的抓取系统协调工作。(三)力学测量方面由于PVDF压电薄膜具有很强的压电性能，其压电常数d比石英高10多倍，压电参数g的值比PZT高约20倍，在力学测量方面的研究成为基木的方向之一。如利用PVDF压电薄膜的电荷输出与应变成正比的特性，它的最直接的