基于介电性能变化的颗粒填充型复合电介质纳米效应的机理研究

电气科学与工程的发展迫使人们探索新型电介质，以满足该领域面临的诸多问题。颗粒填充型纳米电介质结合了材料的纳米特性和电介质的物理特性，是目前该领域研究的热点问题。单一组成电介质自身的局限性诱发了通过复合的思路来发现新型电介质，高介电常数纳米复合介质正是基于该思路而设计，但所使用的高介电颗粒粒径差异带来复合电介质介电性能的显著差异。前期初步研究发现：在频率低于1kHz以下，钛酸钡颗粒填充型纳米电介质的介电性能与颗粒尺寸相关，即在同样体积分数填充量时,含有小粒径颗粒的复合电介质具有高的介电常数。本研究提出基于填充钛酸钡颗粒粒径的差异，重点研究在低频范围内复合电介质介电特性和击穿场强等与颗粒粒径的关联，认识材料纳米特性对介电性能影响规律。利用电介质物理相关理论，结合纳米复合电介质多层次结构，查明颗粒纳米粒径效应对复合电介质介电性能的影响机制，为高介电常数复合介质材料在高储能密度领域的应用奠定基础。

本项目主要研究了纳米粒子对聚合物基复合材料介电行为的影响。通过添加三种不同粒径和晶型的钛酸钡（BT）纳米粒子，分别采用溶液法和原位聚合法制备复合材料薄膜聚偏氟乙烯（PVDF）/BT和聚酰亚胺（PI）/BT，发现复合材料的介电常数与 BT 粒子的尺寸和晶型有明显的关系。重点研究在低频范围内复合电介质介电特性和击穿场强等与颗粒粒径的关联，认识材料纳米特性对介电性能影响规律，查明颗粒纳米粒径效应对复合电介质介电性能的影响机制，为这类材料的电气工程和微电子等领域的应用奠定了基础。