【摘 要】
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电介质材料在电子和电气工业中有着广泛的应用前景,包括便携式电子设备、生物医学设备以及混合动力电动汽车等。随着电子电力系统的集成度和小型化发展,要求电介质材料具有高储能密度,电介质的介电常数和电压击穿强度与储能密度成正相关的关系。传统的陶瓷电介质介电常数高,但存在击穿强度低、制备过程复杂等缺点。聚合物电介质击穿强度高,但介电常数较低。将高介电常数的陶瓷和高击穿强度的聚合物结合,可以得到性能较优异的电
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电介质材料在电子和电气工业中有着广泛的应用前景,包括便携式电子设备、生物医学设备以及混合动力电动汽车等。随着电子电力系统的集成度和小型化发展,要求电介质材料具有高储能密度,电介质的介电常数和电压击穿强度与储能密度成正相关的关系。传统的陶瓷电介质介电常数高,但存在击穿强度低、制备过程复杂等缺点。聚合物电介质击穿强度高,但介电常数较低。将高介电常数的陶瓷和高击穿强度的聚合物结合,可以得到性能较优异的电介质材料。通过纳米填料的设计,可以很好地调节纳米复合材料的性能,以满足快速发展的高端技术的需求。主要研究内容如下:本文第二章选择传统的铁电材料钛酸钡（BT）作为填料,具有耐击穿性能好、化学性能稳定等优点的聚偏氟乙烯（PVDF）作为基底,制备电介质复合材料。实验结果表明1 wt%BT/PVDF的电介质材料性能优异,击穿强度最高为4096k V/cm,在此外加电场下,储能密度最高为6.9 J/cm3。为提高电介质复合材料的储能密度,在第三章中选用无定形结构的钛酸锶钡包覆晶体钛酸钡（c-BT@a-BST）作为填料,PVDF作为聚合物基底,探究其电介质复合材料的性能。研究结果表明1 wt%填料含量的c-BT@a-BST/PVDF电介质复合材料的击穿强度较BT/PVDF升高14%,储能密度最高可达到11.6 J/cm3,远高于纯PVDF和双向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）。同时还利用COMSOL软件模拟分析电介质复合材料在外加电场中的电流密度和空间电荷分布,解释了其介电、耐击穿电压性能提升的机理。在第四章中选择良好的介电性能、热稳定性和较高电阻率等优点的聚酰亚胺（PI）作为聚合物基底。将填料a-BST@c-BST分散在PI聚合物基体中,使用辊涂的方式得到复合材料。利用光学显微镜测试复合材料的厚度,并进行介电、耐击穿电压和储能性能的测试。实验结果表明制备的复合材料介电性能稳定,击穿强度与储能性能和纯PI相比,都得到了提高。
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