CCTOPVDF复合材料介电性能及界面相容性研究.pdf

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1、CCTO/PVDF复合材料介电性能及界面相容性研究翟剑雯2015年01月中图分类号：TM215.92，TQ050.4+3UDC分类号：430.5530CCTO/PVDF复合材料介电性能及界面相容性研究作者姓名翟剑雯学院名称机电学院指导教师王亚军讲师答辩委员会主席乔小晶教授申请学位工学硕士学科专业兵器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年01月DielectricPropertiesandInterfaceCompatibilityofCCTO/PVDFCompositesCandidateN

2、ame:ZhaiJianwenSchoolorDepartment:SchoolofMechatronicalEngineeringFacultyMentor:Lec.WangYajunChair,ThesisCommittee:Prof.QiaoXiaojinDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:ArmamentScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:Janua

3、ry,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要随着电子和电气工业的发展，电子元器件正在向着小型化、高速化方向迅速发展，储能指标作为电子元器件中的一项关

4、键指标，长久以来受到广泛关注。各国专家学者正在研究具有更高的介电常数、更低的介电损耗，以及加工性能更加优异的储能介电材料。随着研究的不断深入，制备得到的储能介电复合材料种类越来越多，不仅如此，研究发现，由于复合材料两相间界面相容性的好坏对复合材料的各项性能有着明显影响，因此为改善复合材料两相界面相容性国内外学者做了很多尝试。对于表征观察复合材料分散界面相容性问题，也进行了很多研究，目前绝大多数研究只停留在复合材料的定性分析，只有少数研究人员通过运用数字图像处理技术，探索了定量表征复合材料两相界面相容性的方法。

5、本文采用不同种类和不同质量分数的偶联剂对具有巨介电性能的钛酸铜钙CCTO进行改性，并将改性之后的CCTO与溶于N,N二甲基甲酰胺DMF中的聚偏氟乙烯PVDF溶液混合，随后旋转涂覆制成复合薄膜，从而得到不同种类和不同质量分数偶联剂改性CCTO/PVDF复合薄膜。并且，对改性后的复合材料进行形貌分析（SEM）、结构分析（XRD）、红外分析（FT-IR）以及介电性能和耐压强度分析。最后，运用数字图像处理方法对复合材料的透射电镜图进行分析，结合分形理论计算公式，用分形维数来定量表征复合材料的界面相容性。通过研究发现，

6、不同种类偶联剂对复合薄膜的介电性能均有影响，而且改性后的复合薄膜介电性能均比未改性的复合薄膜介电性能有所提高。其中，硅烷偶联剂的改性效果最好，钛酸酯偶联剂次之，铝锆偶联剂效果最差。通过SEM和介电性能测试分析可知，在一定范围内，偶联剂的添加量并不是越多越好，而是存在一个最优添加量，且不同偶联剂的最优添加量亦不同。复合薄膜的改性效果会随着偶联剂添加量的不断增加，呈先增加后减少的趋势。通过XRD和FT-IR分析可知，偶联剂的加入改变了CCTO和PVDF两相间的连接方式，对复合材料结晶的影响不大。但是PVDF晶型遭

7、到破坏，其无定型量增加。偶联剂的加入使得复合材料储能密度均有所增加。综合介电性能的影响效果由高到低排序为：0.4wt%A171＞0.6wt%KH560＞0.6wt%I北京理工大学硕士学位论文ZJ311＞0.2wt%ZJ101＞0.4wt%LD139。其中，A171添加量为0.4wt%时改性4CCTO/PVDF复合薄膜的改性效果最优，当频率f为10Hz时，介电常数ε为50.0，介电损耗tanδ为0.0462，储能密度为不改性材料储能密度的1.58倍。为了能够进一步定量表征偶联剂改性CCTO/PVDF复合材料的界

8、面相容性和均匀性，将复合材料的TEM图像进行图像处理，使得图像质量提高，对比度加强，灰度级变宽，CCTO颗粒显示清晰。结合分形理论中的计盒维数理论，拟合出复合材料的分形维数。维数越小，分散界面均匀性越好。通过数字图片处理技术分析比较未改性和A171改性后的复合薄膜切片的TEM图，得到A171改性后的的计盒维数为1.46，小于未改性的计盒维数1.50，改性后的分散界面相容性更好。目前，陶瓷/聚合物复合