高介电性能聚合物复合电介质材料的研究 精灵论文.docVIP

高介电性能聚合物复合电介质材料的研究 解云川 （西安交通大学理学院材料化学系，西安 710049） 5 摘要：高介电性能聚合物基复合电介质材料具有高介电常数、低损耗、强击穿电压等特性， 有着广泛的应用前景。本文综述了近年来该领域的研究新进展，在对三类复合电介质材料体 系（陶瓷/聚合物、导电粒子/聚合物、有机金属/聚合物）的介电原理、制备方法及优缺点进 行详细介绍的基础上，对该领域的应用及发展前景做了展望。 关键词：复合电介质；高介电性能；聚合物 10 Study on Polymer hybrid dielectrics with high dielectric properties Xie yunchuan (Department of Materials Chemistry, School of Science, Xian Jiaotong University, Xian 710049) 15 Abstract: Polymer composite dielectrics with high dielectric properties possess high dielectric constant, low dielectric loss and strong breakdown voltage, which have promising potential in electrical industry. In this paper, the progress of polymer composite dielectrics is reviewed. At first, the principles, preparing methods and characteristics of three types of composites were introduced in detail, respectively. Then the researching trends of this field were proposed. Finally, the future applications 20 and development for the materials were also prospected. Key words: Composite Dielectrics; High Dielectric Properties; Polymeric 0 引言 电介质材料可用于控制/存储电荷及电能，在现代电子及电力系统中具有重要的战略地 25 位。进入 21 世纪以来，随着电子电力行业的迅速发展，集约化、高性能化正成为其重要研 究方向之一，具有高介电性能的有机功能电介质材料可用于制备高储能密度介质，在脉冲功 率及电子封装技术等军/民用领域有着引人瞩目的实用前景。高介电性能电介质材料通常具 有高介电常数、低介电损耗、强击穿电压、易加工等优点[1]。目前单一组分材料不能同时 满足这几个要求：铁电陶瓷具有极高介电常数（~5×103），但其加工温度高，性脆且击穿强 30 度低；有机高分子材料加工性能优异，柔韧性好、击穿强度高，但其介电常数值普遍较低 （10）。在此领域的研究集中在采用复合技术，将无机或有机高介电常数粒子与聚合物通 过一定的物理/化学方式整合在一起，以提高复合材料的介电性能。国外的热点主要在高介 电常数颗粒的结构设计及复合材料微观结构与介电性能的关系研究方面[2-3]，通常将具有高 介电常数的陶瓷颗粒与聚合物复合以提高材料的介电常数，然而高体积含量的无机粒子大大 35 降低了有机基体的加工优势，复合材料的介电常数提升幅度不大（~100）；其次，通过添加 无机或有机导电粒子，可以大幅度提高复合材料的介电常数（~103），但其介电损耗随之增 加（~10-1 数量级）。国内的研究尚处于起步阶段，主要选用不同的无机填料如陶瓷、导电 粒子，与聚合物基体如聚酰亚胺、聚丙烯、聚偏氟乙烯及其共聚物等进行复合[4]。总之， 当前的研究成果与高介电性能复合电介质材料的实际需求尚有较大差距[5-6]。本文主要综述 40 了近年来三类典型的具有高介电性能的聚合物基复合电介质材料，包括陶瓷/聚合物、导电 基金项目：国家自然科学基金；高等学校博士学科点专项科研基金(20070698006) 作者简介：解云川（1976-），男，副教授，主要研究方向为功能高分子复合材料. E-mail: ycxie@mail.xjtu.edu.cn 粒子/聚合物、有机金属/聚合物体系的研究进展，介绍并分析了不同复合体系的基本原理、 制备方法及优缺点，在此基础上阐述了今后该领域可能的研究方向，并对材料的应