金属/超导-高分子复合材料中的电输运性质

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通过掺入导电填料使绝缘的高分子材料获得导电性是一种实用、简单而经济的制备复合型导电高分子复合材料的方法,在电子、通信、热控、能源等行业中得到了广泛的应用,把高温超导材料与高分子材料复合可以提高高温超导材料的机械性能从而大大拓展其应用领域。本文采取固相反应的方法制备了高温超导材料(Bi-2223)为基体的高温超导-聚乙丙烯橡胶(EPR)复合材料和金属-高分子复合材料,并对超导-高分子复合材料的电输运性质和介电特性进行了研究,同时,测量了金属-高分子复合材料的压阻效应、伏-安特性和介电特性。 对超导-高分子复合材料样品的表面测量发现样品的机械强度要比纯的高温超导材料有很大提高,表面更加平滑而具有金属光泽。防水测试表明:复合材料在水中能稳定存在并保持其电学性能不变,这为复合材料在潮湿环境中应用提供奠定了基础。 采用X射线衍射方法(XRD)和扫描电镜(SEM)对超导-高分子复合材料的结构进行分析,发现对于掺杂0.2wt%EPR的复合材料随着烧结温度的增加衍射强度有所增加。在40K-300K的温度区间对复合材料进行电阻测量,发现超导-高分子复合材料的室温电阻随EPR掺杂量的增加而增加,随着烧结温度的升高而降低,经过800℃高温烧结后的复合材料样品表现出超导电性。 对不同高分子含量的超导-高分子复合材料的介电特性检测表明:超导-高分子复合材料样品的介电常数及介电损耗均随着频率的增大而减小;超导-高分子复合材料的介电常数与介电损耗均随高分子材料含量的增加而增加。 本论文也研究了金属-高分子复合材料的压阻效应、伏-安特性和介电特性。在恒应力作用下金属-高分子复合材料电阻随着时间的增加而减小,表现出“电阻蠕动”现象;在不同的轴向正压力作用下金属-高分子复合材料样品的电阻可以从1×10<8>Ω降到1×10<8>Ω。金属-高分子复合材料的伏-安特性在电压较高时明显偏离线性,这是由于高压下,金属-高分子复合材料导电时隧道效应、电场发射作用强烈,导致伏安特性偏离线性关系。对金属高分子复合材料的介电特性研究表明:金属-高分子复合材料的电容率和介电损耗随频率的增大而减小;在不同的恒应力作用下,金属-高分子复合材料的电容率和介电损耗随恒应力的增大而增大。
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