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本实验主要研究了低频下纳米粒子对聚合物基复合材料介电行为的影响。使用三种不同粒径和晶型的钛酸钡(BT)纳米粒子,并分别通过溶液法和原位聚合法合成复合材料薄膜聚偏氟乙烯(PVDF)/BT和聚酰亚胺(PI)/BT。通过测试室温和变温下复合材料的介电常数和介电损耗,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。特别在低频下,随着BT尺寸的降低,复合材料介电常数出现显著的增长,这主要是源自于界面极化。但是不同聚合物基复合材料的低频介电行为并不相同,其中PVDF/BT的介电行为在低频下受BT的尺寸和晶型的影响比PI/BT更为显著,这主要源自于PVDF的强极性。另外,由于PVDF为热塑性材料,因此PVDF/BT的介电常数受温度影响较大。而PI/BT的介电行为受温度影响较小,主要是由于PI是极佳的热固性材料。通过理论公式对复合材料的介电常数进行拟合发现当填料的体积分数较大时,粒子与聚合物之间的相互作用不可忽视,同时也要考虑粒子形貌对介电行为的影响。
因此,通过对比两种不同聚合物基体的复合材料的介电行为,我们发现纳米粒子对复合材料介电常数的作用并不统一,造成这种不同主要源自于聚合物本身链的结构与化学性质,同时制备的方法,填料在基体中的分散对复合材料的介电行为也有重要的影响。