高介电聚合物基复合材料制备与研究

发布时间：2018-04-29 18:43

本文选题：炭黑 + 钛酸钡　；参考：《华南理工大学》2015年硕士论文

【摘要】：为了满足当前市场需求,电子元器件的尺寸不断减小,电介质层厚度逐渐减薄,关于新型电介质材料方面的研究也因此成为微电子学术界的主要课题。为了能进一步减小介质层厚度,近几年有不少专家学者采用聚合物作为基体,通过引入微、纳米导电颗粒或介电常数较高的无机颗粒,制备出具有优异的介电性、力学性及加工性的新型材料电子材料。实验以改性钛酸钡和包覆炭黑作为填充材料,添加到聚合物环氧树脂中形成多种复合材料。研究了填料表面改性对复合材料介电性能的影响以及复合材料的介电机理。获得了介电常数高达52,损耗仅有0.08的聚合物基复合介电材料。本文首先研究了钛酸钡粉体的表面改性以及炭黑包覆改性。利用红外光谱分析发现,经KH550改性后的钛酸钡表面基团发生变化,表现出与聚合物基体良好的相容性。经过表面氧化处理的炭黑粉体分散性得到大幅提升,尤其是经硝酸氧化后,炭黑表面-OH和-COOH键含量都有明显变化。对比研究了采用微乳液法、原位聚合法和溶胶凝胶法三种方法对炭黑进行表面包覆改性,通过电镜和热分析等手段,发现原位聚合法制备的CB@Si O2具有包覆层完整、包覆均匀以及粒度统一等优点。以原位聚合法获得的CB@Si O2粉体填充制备了CB/EP复合材料,研究了固化剂、CB@Si O2含量、硅源用量以及混合填充对复合材料性能的影响。结果表明,这些因素都直接影响复合材料的内部结构,对材料的极化以及电导损耗的影响甚为复杂。炭黑含量达到某一特定值时,复合材料会出现最优化结构,此时损耗为极小值。在低频下,由结构影响导致的极化以及电导方式对复合材料的影响非常明显;在低含量时,结构对复合材料影响较大的为电导方式;在高频下,影响方式转为极化方式;随着含量增加,极化影响方式逐渐变得凸显;当超过渗流阀值时,电导损耗成为主要损耗方式。硅源用量的变化也会对复合材料的结构产生影响,且电导影响相对于极化影响的比重在不断变化。将表面氧化炭黑和包覆炭黑同时添加到聚合物中制备所谓的混合型复合材料,SEM表征发现未包覆炭黑小颗粒的存在形式包括:与包覆大颗粒之间团聚、小颗粒自行团聚以及均匀分散在聚合物基体中等,颗粒之间形成的链接以及由此导致的结构重组都会对复合材料介电性能产生影响。采用共混法和叠层法制备了CB/BT/EP复合材料。研究了填料含量和叠层工艺对CB/BT/EP复合材料性能的影响,对复合材料介电机理进行了理论分析。研究认为:30%BT-30%CB的复合材料中存在大量偶极子取向极化,并且极化反应时间短,在高频下损耗小。炭黑或者钛酸钡的增加都会破坏这种取向极化,增加空间极化,出现介电常数大幅减小现象。在炭黑和钛酸钡增加至一定量时,除了空间极化的增加还产生另一种取向极化,但是这种取向极化的极化机理不同,极化建立时间较长,在100KHz下极化随频率变化明显,并且对复合材料的介电性能提升效果没有第一种极化明显。在叠层工艺制备CB/BT/EP复合材料中发现,B/C/B模型的介电性能较好,随着BT/EP层以及CB/EP层厚度的增加,复合材料的介电常数有较大提升,介电损耗减小,尤其是CB/EP层厚度的增加对复合材料介电性能的提升有较大帮助。
[Abstract]:In order to meet the current market demand , the size of the electronic components is continuously reduced , the thickness of the dielectric layer is gradually thinned , and the research on the new type of dielectric material has become a major problem in the microelectronics industry . In the preparation of CB / BT / EP composite material , the dielectric properties of B / C / B model are good , and the dielectric constant of the composite material increases with the increase of the thickness of the BT / EP layer and CB / EP layer .

【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332

【参考文献】