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高頻介電常數(shù)測試儀材料有哪些
閱讀：981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合材料是應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、碳納米管等導電顆粒是獲得高介電復合材料的重要手段。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合材料的設計是極為重要的。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）復合材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種復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合材料的介電常數(shù)，這樣可以保證復合材料的介電強度，力學強度以及可加工性。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合電介質(zhì)領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復合電介質(zhì)。黨智敏等也發(fā)現(xiàn)化學氣相沉淀法得到的MWNT在化學處理前后形成的聚合物基復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復合材料相比，用三氟苯接枝的MWNT制得的復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）復合材料，在o-CuPc體積含量僅為3，5％時，復合材料的介電常數(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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