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介電常數會隨什么而變化

更新時間:2023-09-15      點擊次數:1644

2-4給出了測試頻率1kHzNi/BaTi03/PVDF三相復合材料的介電常數BaTi03體積含量、Ni質量分數的變化關系。從圖中可以看出,復合材料的介電常數

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隨著BaTi03體積含量和Ni質量分數的改變而變化很大。

1)復合材料的介電常數隨著BaTi03體積含量的增加呈大體增加趨勢,在不含Ni情況下,介電常數8(0v%BaTi03)增加大22(50v%BaTi03)左右,這種現象一方面與BaTi03本身高介電性能有關,含量越高的BaTi03自然拉高復合材料的介電常數;另一方面也可以從界面極化的角度來解釋,由于PVDF基體和BaTi03的電導率不同,在外電場作用下,載流子運動到PVDF基體和BaTi03的相界面處時,會被相界面捕獲,大量電荷在相界面處形成積累,從而產生界面極化。如果BaTi03含量增加,PVDF基體和BaTi03的界面數量增加,所形成的界面極化密度增加,復合材料的整體極化強度也就相應增加,因此宏觀上就表現為復合材料介電常數的提高。復合材料的介電常數隨著Ni含量的增加則表現出先升高后下降的趨勢,其中獲得最高介電常數Ni粉的最佳含量為1w%,在BaTi03含量為SOv%介電常數約為40}為不摻雜Ni的兩倍。這種現象可以從微電容器的角度進行解釋,導電顆粒Ni分散在PVDF基體中,可以看做是這些導電顆粒被很薄的絕緣體所包圍,這種微結構可以看做是微電容器。如果一定數量的導電粒子相互連接而又保持之間有絕緣材料間隔,即這些導電粒子形成平行板關系,就相當于形成了一種微電容器并聯的結構,從而能夠獲得較高的電容,提高復合材料的介電常數。另外,Ni粉的加入可以提高復合材料的介電常數,也可以從界面極化的角度來理解:導電顆粒和絕緣體之間的電導率也存在很大的差異,當導電顆粒分散在聚合物基體中時,絕緣體和導電顆粒的相界面會捕獲大量電荷形成電荷積累,產生界面極化。因此Ni粉的加入相當于在BaTi03的基礎上增加了極化的強度,從而能夠增大復合材料的介電常數。但是如果Ni含量過多,Ni彼此接觸團聚,將會在絕緣的復合材料中形成導電通道,漏電流現象增加,表征電荷儲存能力的介電常數自然也就下降,這也就是為什么Ni含量為Sw%的復合材料的介電常數大幅下降的原因。

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2-5給出了在測試頻率1kHzNi/BaTi03/PVDF三相復合材料的介電損耗隨BaTi03體積含量、Ni質量分數的變化關系。從圖中可以看出,復合材料的介電損耗角正切值隨著BaTi03體積含量的增加而增加,但是增加幅度不大,基本都保持在0.04以下。復合材料的介電損耗主要是由BaTi03本身決定((BaTi03是一種鐵電體,介電損耗較大),原則上BaTiO:的添加會提高復合材料的介電損耗,但實驗結果表明該復合材料的介電損耗與純PVDF相比不增反降。這可能是BaTi03Ni表面的欽酸醋偶聯劑起到了作用,欽酸酷偶聯劑能夠使BaTi03,NiPVDF基體更好的分散,體系均一性良好,從而電子云分布比較均勻,引起的介電損耗也就相應的降低,同時偶聯劑的加入能限制PVDF基體C-F偶極子的轉動,偶極式損耗就相應降低,自然也會降低介電損耗。

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