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高頻介電常數(shù)測試儀材料有哪些
閱讀：966發(fā)布時間：2023-9-24
具有高介電常數(shù)、高介電強度、低介電損耗的聚合物復(fù)合材料是應(yīng)用前景非常廣闊的絕緣材料，這類材料具有均勻電場和儲能的作用，可應(yīng)用于電纜終端，電力絕緣套管、集成電容器以及電機絕緣中。這類材料對保證電力系統(tǒng)的正常運行具有舉足輕重的作用。在聚合物中加入高介電常數(shù)的鈦酸鋇（BaTiO3），鈦酸鍶鋇[（BST）、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛（PMN-PT）等無機粒子以及金屬、碳納米管等導(dǎo)電顆粒是獲得高介電復(fù)合材料的重要手段。這些體系是典型的逾滲體系。對于這類體系，理解與把握逾滲理論對于高介電復(fù)合材料的設(shè)計是極為重要的。逾滲體系的有效介電常數(shù)可表示成：
其中，ε、1ε分別為復(fù)合材料、聚合物的介電常數(shù)，為孤立的分散相的體積分數(shù)，為逾滲閾值，且，pcpcpp<β是臨界值數(shù)。
根據(jù)方程，具有逾滲行為的復(fù)合材料的介電常數(shù)反比于填充物的實際填充分數(shù)與臨界填充分數(shù)（逾滲閾值）之差。因此，要得到高的介電常數(shù)就必須使得填充物的填充分數(shù)接近臨界值而又不能高于臨界值。如果填充分數(shù)合適，可以得到非常高的介電常數(shù)。然而，具有逾滲行為的復(fù)合材料的介電性能對材料的組成非常敏感，組成的輕微變化就會引起材料性能的很大變化。Dang等制備了體積分數(shù)為0，02，介電常數(shù)約為300的聚偏二氟乙烯（PVDF）/多壁碳納米管（MWNT）復(fù)合材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合材料的逾滲閾值為0，016（體積分數(shù)）。Sandler更是制備出了約為0，0025wt％的環(huán)氧樹脂碳納米管復(fù)合材料。如此低的給材料的生產(chǎn)以及材料性能指標的重現(xiàn)性帶來了很大的挑戰(zhàn)。另一方面，聚合物微米復(fù)合材料具有較高的，要想得到高的介電常數(shù)，填充物的含量一般都比較高。聚合物在高填充下會引起介電強度，力學(xué)性能以及加工性能的嚴重惡化甚至失去使用價值。相比之下，聚合物納米材料具有較小的，在較低含量下即可以大幅度提高復(fù)合材料的介電常數(shù)，這樣可以保證復(fù)合材料的介電強度，力學(xué)強度以及可加工性。Qi等制備了體積分數(shù)為22，3％，介電常數(shù)大于300（20℃，1KHz）的epoxy/Ag納米復(fù)合材料。
BaTiO3具有非常高的介電常數(shù)，是廣泛使用的一種電介質(zhì)材料。微米級的BaTiO3顆粒填充的聚合物材料通常具有大的介電常數(shù)，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，BaTiO3的介電常數(shù)與晶粒度具有明顯的依賴關(guān)系[101-103]。實驗表明，當粒徑為20～50µm時，BaTiO3的介電常數(shù)約為1750；當粒徑約為1，1µm時，介電常數(shù)達到最大值，約為5000。如果晶粒繼續(xù)減小，BaTiO3的介電常數(shù)會迅速下降，如果粒徑小于400nm，介電常數(shù)將會變得非常小。通常將這種變化歸因為BaTiO3由四方相轉(zhuǎn)變?yōu)橼I立方相。保持BaTiO3的晶格為四方相被認為是獲得高介電常數(shù)BaTiO3的手段。因此，大規(guī)模的合成具有四方相的納米級BaTiO3顆粒將會成為納米復(fù)合電介質(zhì)領(lǐng)域研究的一個重要課題。
對填充物進行適當改性或表面處理可以有效提高分散性，進而提高復(fù)合材料的使用性能。Zhang等將MWNT進行了氟化硅烷接枝，通過溶液聚沉法（coagulation）制備了分散非常均勻的PVDF-TrFE-CFE復(fù)合電介質(zhì)。黨智敏等也發(fā)現(xiàn)化學(xué)氣相沉淀法得到的MWNT在化學(xué)處理前后形成的聚合物基復(fù)合材料具有明顯不同的分散性和介電性能，與MWNT直接填充的PVDF復(fù)合材料相比，用三氟苯接枝的MWNT制得的復(fù)合材料具有更好的分散性和更高的介電常數(shù)。前者的最高介電常數(shù)約為300（1000Hz），而后者高達4500（1000Hz）。
一些具有共軛結(jié)構(gòu)的有機材料也具有非常高的介電常數(shù)。如酞菁銅
（Copper-phthalocyanine，o-CuPc）的齊聚物，其結(jié)構(gòu)如圖1，6所示。電子在電
場下可以在巨大的共軛軌道內(nèi)運動，使得o-CuPc具有高達105的介電常數(shù)。由于o-CuPc本身難以加工，且具有很大的介電損耗，無法作為電介質(zhì)材料使用。將o-CuPc植入聚合物所制備的復(fù)合材料是一類高介電材料，并且具有較低的介電損耗和易加工性，具有潛在的應(yīng)用價值。然而，由于o-CuPc具有平面體系的芳香結(jié)構(gòu)，這類齊聚物非常容易形成堆砌組裝體和微凝聚體。聚合物分子之間一般只存在著弱的相互作用，很難將這些組裝體和微凝聚體分散開。Huang[107]等采用聚丙烯酸分離o-CuPc堆砌組裝體和微凝聚體的方法，制備了40nmo-CuPc填充的聚氨脂（PU）復(fù)合材料，在o-CuPc體積含量僅為3，5％時，復(fù)合材料的介電常數(shù)高達4186（20Hz），是PU的523倍、PU與o-CuPc簡單混合物（16vol％）的167倍。
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