为了满足各领域对介电材料多样化的需求,研究人员将关注点更多放在了聚合物基介电材料。如何通过填料在基体中的分散情况,调控复合体系的内部结构,获得理想介电常数的同时保证较低介电损耗是目前亟待解决的问题,针对以上问题,现阶段还缺乏有效可行的理论依据和技术指导。本文选用具有不同结构特点的聚合物作为基体,通过引入纳米碳材料和陶瓷材料作为填料,采取不同的复合结构设计,探究在不同复合体系中,填料与基体之间的作用机制,建立聚合物基介电材料的结构与介电性能之间的构效关系,为聚合物介电复合材料的研究和开发提供一定的理论基础和设计指导。在以热固性树脂为基体的复合体系中,采用不同维数的碳材料,即二维少层石墨烯(GNP)、零维球状炭黑(CB)和三维层堆积的纳米石墨(nanoG),与环氧树脂(EP)进行复合。研究发现,二维的GNP在环氧树脂里的具有更好的分散性,不同含量的GNP与EP所形成的复合体系都具有较高的反应活化能。片层结构的GNP与环氧树脂间有强烈的相互作用,阻碍交联网状结构形成,有利于极性基团的取向,使界面极化作用增强。GNP含量由0.5 wt.%增至1.0 wt.%时,EP/GNP体系中出现逾渗现象。由此揭示出二维石墨烯材料在热固性基体的介电复合材料中的作用机制。对EP/GNP体系又引入纳米级陶瓷粒子钛酸钡(BT),通过对三元体系EP/BT/GNP的介电性能研究,发现GNP和BT之间具有一定的协同作用,不但有利于介电常数的提高,还能有效抑制介电损耗的增加。利用溶液法和热压法制备以GNP和BT为填料的聚偏氟乙烯(PVDF)基复合材料,通过改变填料量,发现GNP含量为0.2 wt.%时,会在基体中形成微电容器结构,含量为0.8 wt.%时,并联的微电容器相互搭接,形成导电通路,体系中出现逾渗现象。通过分析GNP和BT对复合材料介电性能的影响,揭示出界面极化效应和微电容效应在改善复合体系的介电性能中的协同作用以及利用导电层-介电层结构设计调控介电性能的机制。尝试利用单层复合薄膜中微电容结构,采用热压法制备宏观电容器结构的层状结构薄膜,由PVDF/GNP为上下导电层,中间层以PVDF/BT为介电层。通过改变不同层厚度以及各层中GNP和BT的含量,制成一系列三层结构薄膜。层结构设计有利于降低复合体系的介电损耗,并保持介电常数相对稳定,频率为10～105Hz时,层结构薄膜的介电损耗均小于0.05,且介电常数没有明显波动。相比于单层复合薄膜,击穿场强有所提高,说明导电层-介电层结构对改善介电性能具有一定积极作用。基于导电层-介电层结构设计调控介电性能的机制,采用不相容的聚苯乙烯(PS)和PVDF作为基体树脂,以GNP和BT为填料,利用共混法制备复合填料的共混体系,设计形成微观可控的相结构。研究发现GNP和BT在PS/PVDF基体中的选择性分布规律。导电填料GNP选择分布于PS相,介电填料BT选择分布于PVDF相。利用填料的选择性分布,制备得到微观相结构可控的(PS/GNP)(PVDF/BT)体系。该体系的介电常数高于其他共混体系,并将基体的介电常数提高了3倍;介电损耗没有明显增加,当频率大于105 Hz时,介电损耗最大约为0.09。填料选择性复合体系击穿强度也高于其他共混体系,且击穿场强的形状参数β增加,材料的可靠性提高。对于基体共连续且填料预先进行选择性分布的共混体系,导电填料形成导电层,介电填料形成介电层。两种填料在体系中可形成电容器混联结构,因此可以利用混合介电模型,对体系的介电常数进行预测,得到介电常数的理论值与实验值具有很好的一致性。