BN-Ca2Nb3O10-聚合物基柔性复合材料的制备与储能性能开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)


近年来,随着电子信息技术的急剧发展和工业化进程的不断加快,对半导体器件微型化、集成化、智能化、高频化和平面化的应用需求不断增加。越来越多的电子元件,如介质基板、介质天线、嵌入式薄膜电容等,既要介电材料具备优异的介电性能,又要其具备良好的力学性能和加工性能。另一方面,随着新能源领域的推动和国家智能电网的发展,对大容量高功率电容器的需求不断增加。因此,单一的无机介电材料和纯聚合物介电材料单独使用已经不能满足上述要求,这时就需要考虑选取几种不同材料进行复合,使得到的复合介电材料能同时具备材料各组分的优点。柔性聚合物基复合材料因其高介电常数、良好的有机相容性等特点而具有巨大的应用前景。

电介质材料是指在电场作用下,能够建立极化的物质。在一个真空平行板电容器的极板之间加入一块电介质,在施加外界电场时,介质的两个表面会感应出异号电荷。这种在电场作用下产生感应电荷的现象,为电介质的极化。一般情况下,在电介质内带正、负电荷的粒子会相互抵消,不会出现宏观上带电的情况,但是当有外电场存在时,正负电荷的重心会分离,因此会产生以下四种极化类型:位移极化、松弛极化、转向极化、空间电荷极化。具有高介电常数、低介电损耗、高击穿场强的电介质材料,被称为高储能密度电介质材料。电子能源系统(比如混合动力汽车、医用起搏器及脉冲调节器等),其发展十分依赖于高储能密度介质材料的发展。

近年来,对电介质材料的研究由以往的单一组分发展到两相组分甚至多相组分,从材料的制备发展到材料在大规模集成电路中的应用。研究层次由以往的单纯现象分析转向材料的本征结构对材料性能影响的理论研究。目前,聚合物基复合电介质材料的主要基于两类进行研究:一类是基于渗流型原理,在聚合物基体中添加一定量的导电材料,获得具有高介电常数的复合材料。另一类则是以传统的高介电陶瓷作为填料,综合聚合物基体良好的加工性和介电陶瓷本征的高介电常数等特点,获得具有较高介电常数的复合介电材料。

介电常数εr和介电损耗(介质损耗角正切 tanδ )是表征材料介电性能最重要的两个参数。相对介电常数反映了材料在交流电场下电介质的极化能力。在一定的厚度下,为了获得同样电容量的电容器,介电常数越大则其构成电容器的面积更小。所以,提高电容量、使电容器小型化主要从提高材料的介电常数入手。介电损耗是电介质在交变电场中所损耗的能量与通过其内部的电流有关,一般由外施正弦电压与通过试样的电流之间的相角余角正切值tanδ表示。另一个能够反映电介质材料的参数是击穿场强,电介质只能在一定的电场强度范围内仍然保持它的绝缘、介电性质;当超过界值的时候,就会失去这种介电性质变为导电状态。

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