金屬摻雜氧化鋅-PVDF復合薄膜的制備與性能研究.pdf

1、近幾十年來，隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展，電子不斷向小型化、多樣化方向發(fā)展，對具有高介電常數(shù)、低介電損耗的新型電介質材料的需求不斷擴大。高介電材料因其高儲能性，已經被廣泛應用于大功率高儲能的電容器的載體材料以及電纜材料等領域。然而，單一的傳統(tǒng)無機陶瓷材料或聚合物材料無法滿足市場的需求。因而，研究的焦點集中到了由多種材料復合而成的復合材料上。
　　本文以高介電聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物為基體，以水熱法制備的鐵摻雜氧化鋅(Fe-ZnO)，

2、沉淀法制備的鋁摻雜氧化鋅(Al-ZnO)以及表面改性過的四針狀氧化鋅晶須(T-ZnOw)為增強體，制備一系列ZnO/PVDF復合薄膜，并對摻雜金屬的氧化鋅以及復合薄膜的微觀結構、晶相轉變等進行了測試，對氧化鋅/PVDF復合薄膜的熱穩(wěn)定性能、介電性能等進行了測試并計算得到了復合材料的儲能密度，探討了不同氧化鋅對復合薄膜微結構及性能的影響。實驗結果表明:通過水熱法制各的Fe-ZnO的形態(tài)為蓮花狀，其直徑在10μm和30μm之間。XRD分析結

3、果表明，F(xiàn)e-ZnO粒子的晶體結構為六方晶纖鋅礦結構，且隨著Fe元素摻雜量的增加，ZnO粒子的結晶度逐漸下降。進一步分析表明，F(xiàn)e-ZnO的引入抑制了PVDF中α相晶型的形成，同時促進了β相晶型的產生。性能測試結果表明，F(xiàn)e-ZnO能夠明顯提高復合材料的熱穩(wěn)定性。與純PVDF膜相比，F(xiàn)e-ZnO/PVDF復合材料的擊穿場強表現(xiàn)出降低的趨勢。Fe-ZnO能夠在保持較低的介電損耗的同時，明顯的提高復合材料的介電常數(shù)。Fe-ZnO/PVDF復

4、合材料的介電常數(shù)不僅隨著Fe-ZnO含量的增加而增加，而且同樣隨著Fe-ZnO中鐵含量的增加而有上升的趨勢。通過沉淀法制備的Al-ZnO的微觀形貌是棒狀和片狀，且隨著Al摻雜量的增加，棒狀的Al-ZnO的含量逐漸減少。EDS分析表明，棒狀的Al-ZnO中的Al含量少于片狀Al-ZnO。Al-ZnO在PVDF內平行于膜表面均勻分布，呈現(xiàn)一定的取向性。XRD和FTIR的測試結果表明，摻雜Al-ZnO明顯改變了PVDF的結晶行為，促進了α相向

5、β相的轉變。此外，寬頻介電譜測試表明Al-ZnO可以顯著提高復合材料的介電常數(shù)。隨著Al-ZnO摻雜量的增加，Al-ZnO/PVDF復合材料的介電常數(shù)明顯提高。此外Al的摻雜不僅能有效的提高Al-ZnO/PVDF復合材料的介電常數(shù)，而且能夠使介電損耗保持在較低的水平。對于T-ZnOw/PVDF復合材料的性能測試結果表明，摻雜的T-ZnOw不僅可以有效地提高材料的耐熱性，而且還可以顯著提高其電性能，其中電導率和介電常數(shù)都有顯著的提高。通過