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復合材料介電常數(shù)及介質(zhì)損耗實驗研究
介電常數(shù)和介電損耗是衡量高介電材料最重要的兩個指標，我們采用寬頻介電譜儀，在250 C條件下，從101}106Hz對復合材料的介電常數(shù)和介電損耗進行測量。我們對制備出的CCTO納米線和己有的CCTO納米顆粒的兩種復合材料的介電常數(shù)、介電損耗和電導率進行了測量比較。如圖2.8 <a)所示，添加CCTO納米線的復合材料在介電常數(shù)上有了明顯的提升，不過并不是隨著填料的增多而增大，在體積分數(shù)為7.5%時出現(xiàn)了一個峰值，當體積分數(shù)為10%介電常數(shù)反而下降，這是由于CCTO納米線在聚合物中的分散性并不好，當加入過多的填料，反而不能表現(xiàn)出更好的介電性能。當體積位數(shù)為7.5，介電常數(shù)提升明顯。一般常用的101}103Hz范圍內(nèi)，可以看到介電常數(shù)了一個一倍左右的提升，與純P(VDF-HFP)聚合物介電常數(shù)10左右相比可以達到20。不過通過介電常數(shù)的提升隨之帶來的介電損耗的上升，如圖2.8 <c)所示，體積分數(shù)為7.5%的復合材料在低頻下的介電損耗表現(xiàn)很大，通過圖2.8 <e)所得，體積分數(shù)7.5%的復合材料在低頻下電導率突然升高，說明此刻產(chǎn)生了漏電電流，而漏電電流的產(chǎn)生正是造成其介電損耗較大的原因。
體積分數(shù)7.5%的復合材料介電常數(shù)的增大也可以用界面極化來解釋，界面極化是復合材料中的電荷在無機填料與聚合物基體中的界面處積累造成的，與填料和聚合物的介電差異、接觸面積有很大關(guān)系，體積分數(shù)為7.5%的復合材料有著很好的分散性，從而增大了與界面的接觸面積，促進了界面極化的發(fā)生，使得界面極化增加，提升了整個材料的介電性能。
通過對比制備的CCTO納米線和CCTO納米顆粒復合材料的研究，可以明顯發(fā)現(xiàn)二者在介電性能方面存在著差別。如圖2.8 <a)與2.8 <b)所示，CCTO納米顆粒的添加對于復合材料的介電性能提升很低，而CCTO納米線有著明顯的提升。當頻率為101}103Hz時，CCTO納米線復合材料在體積分數(shù)為5%, 7.5%，介電常數(shù)分別可以達到15,, 20，而此時CCTO納米顆粒對應(yīng)的介電常數(shù)為12, 14，可以看到CCTO納米線在介電常數(shù)的提升上比CCTO納米顆粒有著很強的優(yōu)勢，也正是我們本章要研究的重點。通過對比2.8 <c) <d)，會發(fā)現(xiàn)，雖然體積分數(shù)為7.5的CCTO納米線復合材料在介電損耗上有比較大的缺陷，但是同時對比體積分數(shù)為5%和10%的復合材料會發(fā)現(xiàn)，CCTO納米線和CCTO納米顆粒兩者在介電損耗上并沒有太大的差異，但是通過2.8 <a) <b)我們可以得到CCTO納米線在介電常數(shù)上卻有很大提升，通過2.8 <e) <f)我們也可以得到驗證，兩者在電導率上也沒有太大的區(qū)別。通過比較可以明顯發(fā)現(xiàn)，CCTO納米線在提高復合材料的介電常數(shù)的同時，在介電損耗上可以表現(xiàn)的與CCTO納米顆粒相同的性能，從而使整個復合材料在介電性能上整體提高。
CCTO納米線相比于CCTO納米顆粒變現(xiàn)出的優(yōu)異介電性能*與其材料結(jié)構(gòu)相關(guān)，線型結(jié)構(gòu)在介電性能上的表現(xiàn)在很多材料都由于顆粒，良好的分散性和較大的接觸面積讓形成界面極化的難度降低，從而提升整個材料的極化強度。
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