陶瓷粉体填充聚合物基高介电复合材料研究进展.pdf

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陶瓷粉体填充聚合物基高介电复合材料研究进展王海燕1，赵淑金2，王岚1，党智敏12陶瓷／聚合物复合材料介电理论式中，，为复合材料有效介电常数；曲基体的介电陶瓷／聚合物三相体系时，认为曲陶瓷／聚合物复合材学院，北京100029t电话：010—64452126，E删il：d朋92m@m引言一稀有金属材料与工程随着电子工业朝着更高功能性方向发展，市场对无源元件的需求正与日俱增。为了解决无源元件分立表面安装的弊端，研究者们正在努力研究开发无源元件嵌入技术，而这一技术更多地致力于电容器方面，需要开发出具有高储能、小型化、多功能特点的微型、薄膜式电容器。这要求介电材料具有高介电常数、低介电损耗、优良的加上性能和低成本。而到目前为止，任何单组分材料都无法完全满足r述要求。继r【!=!=纪80年代美国人经物理共混方法制得PzT／PvDF首例陶瓷一聚合物复合材料后，利用陶瓷的高介电常数和聚合物的优良力学性能及可加T性，经工艺复合，由于复合效应，材料能同时充分发挥陶瓷和聚合物的优良特性，是有希望替代陶瓷和聚合物介电材料的电活性新型功能材料之一。此外，这种复合材料还可用于电缆终端及接头材料，均化电缆特殊位置的电场分布。I__J前，这一领域材料研究主要集中在适合于大规模生产的高介电常数陶瓷粉体填充聚合物形成0—3型复合材料。到目前为止，这类材料在填料的选择上已经历了3个阶段。其相应复合材料分别称为陶瓷．聚合物高介电二相复合村料、陶瓷．聚合物高介电i相复合材料和陶瓷．聚合物高介电纳米复合材料。通过对它们的综合介绍，希望有助于研究者在这一领域的深入研究。M“well．Gamett近似理论和Bmggeman自洽场近似介质理论是估算连续介质复合材料有效介电常数的2个著名公式。它们分别适用于对称复合材料和反对称复合材料，但随着填料体积分数增加，填料颗粒出现团聚。对大于20口／％复合材料介电性能的预估显得已经不再适合。陶瓷与基体聚合物的介电常数相差较大，存在着比较复杂的物理化学变化，为此对该类复合材料有效介电常数估算的讨论较多。王庭慰等认为在高聚物和陶瓷两相问存在着两相混和的相界层，根据李赫德涅凯对数混合法则对该复合材料的介电常数估算进行_『讨论⋯。而薛庆忠认为李赫德涅凯对数混合法则已不适用于这类复合材料。他们根据王庭慰的实验结果，认为复合体系为反对称复合材料，即一种组分被另一种组分包围的结构，利用平均极化理论和Maxwell．Gamett理论导出了考虑中间相的陶瓷／聚合复合材料有效介电常数的计算公式口]。当含有导电率较高的填充物时，陶瓷／聚合物复合材料介电常数在渗流预值附近会突然增加，其机理可以用F面幂指数方程描述，常数；，为填料的体积分数；正为渗流预值：g是1个随复合体系变化的重要参数。当复合体系为导体，料的介电常数，并视它为基体材料，此时，口约为1，从而解释了此j相高介电复合材料介电常数在接近渗流闽值时大幅提高的原因口J。第34卷2005年RAREMETALMATERIALSANDENGINEERING(1．北京化工大学教育部纳米材料重点实验室，北京市新型高分子村料制各及工艺重点实验室，北京100029)(2佳木斯大学材料科学与工程学院，黑龙江佳木斯154007)摘要：陶瓷一聚台物高介电复合材料是柏望成为新型介屯材料的电活性功能材料之‘。本文概述了近年来国内外这类复台材料研究成果，详细介绍了在组分选择及性能改性等方面的研究工作，同时对今后的研究方向提出了一些见解。关键词：功能复合材料；介电性能；介电陶瓷；改性；聚合物中图法分类号：TM2文献标识码：A文章编号：1002一185x(2005)s1一0734一041收稿日期：2004一10—15基金项目：国家自然科学基金(50373024)；黑龙江省自然科学基金(E0213)；黑龙江省教育厅科技基金(10541212)资助作者简介：T海燕，女，1974年牛，硕上生，通讯联系人：党智敏，男，1969年生，教授，博【j生导师，北京化T大学材料科学与工程增刊6月vol34，SuppllJune2005占=ail_bucteducn
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◎⑧⑧3陶瓷／聚合物复合材料研究现状常数达到44㈣。陶瓷／聚合物二相复台材料3．1．1聚合物基体材料在0．3型复合材料中，介电常数及其变化通常由基体材料的性质所决定【4】。但聚合物的介电常数普遍都较低。为了得到较高介电常数的复合材料，通常尽可能选择本身介电常数高的聚合物作为基体材料，如具有铁电性的聚偏氟乙烯(PvDF)，及其与三氟乙烯的共聚物P(vDF．TrFE)。尽管环氧树脂(EPOxY)本身介电常数不高，但由于与印刷电路基板相容性好，且加工性能好，易制成内建层和连接面，而常被研究者选作嵌入式电容器的高介电复合材料的基体材料。此外，还有一些其它较强极性聚合物，如P