高储能密度电容器用聚合物薄膜介电击穿特性研究

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1、ＵＮＩＶ巨ＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴ巨ＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ飞气．论文题目高储能密度电容器用聚合物薄膜介电击穿恃性妍究学科专业光学工程学号２０１２２１０５０５２６，作者姓名位蛟蛟指营教师徐建华教授ＶＩ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学

2、或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期；兴ｒ年月日＜ｊ＾论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名；／ｊｉ岐振导师签名；《的曰期；辦年／月ｊ曰分类号

3、密级注1UDC学位论文高储能密度电容器用聚合物薄膜介电击穿特性研究（题名和副题名）位姣姣（作者姓名）指导教师徐建华教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业光学工程提交论文日期2015.04论文答辩日期2015.05学位授予单位和日期电子科技大学2015年6月答辩委员会主席谢光忠教授评阅人杨亚杰杨刚注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。STUDIESONTHEDIELECTRONICANDBREAKDOWNPROPERTIESOFPOLYMERTHINFILMSFORHIGHENERGYDENSITYCAPACITORSAPPLICATIONS

4、AMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:OpticalEngineeringAuthor:JiaojiaoWeiAdvisor:JianhuaXuSchool:SchoolofOptoelectronicInformation摘要摘要高储能密度电容器是近年来的一个研究热点，在实际应用中用途广泛，比如可以用来存储能量，还可以在电子装置中用作直线母流电容器等。其中，薄膜电容器由于其体积小，存储能量密度高，制备工艺简单及可靠性高等特点逐渐开始受到广泛关注。薄膜电容

5、器一般选用陶瓷类物质或者聚合物充当介质层，因为它们具有较高的相对介电常数或击穿电压。本文选取具有优良物理化学性能和高耐压性的聚偏氟乙烯(PVDF)为主要研究对象，用刮涂成膜法制备出样品膜，测试薄膜的介电性和耐压特性，然后对样品膜进行微观分析表征，表征方法包括：扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和扫描差示量热法(DSC)。主要研究内容和结论如下：(1)通过控制不同的热处理时间和温度制备出不同晶型的聚偏氟乙烯薄膜，研究聚偏氟乙烯α相、β相和γ相的介电性能和耐压性能。微观分析结果表明β相在高温退火工艺下可以转化成α相。介电特性分析结果表明

6、自由电容与损耗都具有频率依赖性，自由电容随频率的升高而降低，损耗随频率的升高而增加；α相的相对介电常数最高，这归因于α相薄膜内部极化更完整。耐压性能测试结果表明γ相的耐击穿性能比其他晶型要高，通过降低材料的结晶度，可以有效的提高薄膜的耐电压击穿性能。(2)为提高薄膜的耐电压特性，在PVDF中加入宽温范围内具有高击穿电压的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。聚甲基丙烯酸甲酯的杨氏模量高，可改善材料的机械性能。另外，聚甲基丙烯酸甲酯与聚偏氟乙烯之间能形成氢键，增加了二者的相容性，微观上不会出现相分离现象。研究结果表明，聚甲基丙烯酸甲酯的掺入量对复合膜的晶相、介电及耐压特性有明显影响。

7、当PMMA的掺入量在5%以内时，聚偏氟乙烯的结晶度降低并使得薄膜的相对介电常数略有下降，但击穿电压明显提升，最高达153V/μm，此时薄膜电容器的储能密度可达0.7J/cc。关键词：薄膜电容器，聚偏氟乙烯，介电性能，耐击穿性，储能密度IABSTRACTABSTRACTHighenergydensitycapacitorisahotresearchtopicinrecentyears.Itiswidelyusedinthepracticalapplication.Anditcannotonlybeusedtostor