【摘 要】
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随着通信技术的不断发展及5G商用的大规模铺开,信号传输朝着高速高频和低时延的方向不断发展。聚四氟乙烯（PTFE）基复合材料拥有着在微波频段稳定的微波介电性能和易加工的特性,可以满足微波电路和微波器件日益增长的高频化、集成化需求。本实验选取PTFE为基材,以Ag@TiO2核壳结构、ZnNb2O6陶瓷作为填料,以LCP A950纤维作为增强相,对具有高介电常数以及中低介电常数的两种PTFE基微波复合材
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随着通信技术的不断发展及5G商用的大规模铺开,信号传输朝着高速高频和低时延的方向不断发展。聚四氟乙烯（PTFE）基复合材料拥有着在微波频段稳定的微波介电性能和易加工的特性,可以满足微波电路和微波器件日益增长的高频化、集成化需求。本实验选取PTFE为基材,以Ag@TiO2核壳结构、ZnNb2O6陶瓷作为填料,以LCP A950纤维作为增强相,对具有高介电常数以及中低介电常数的两种PTFE基微波复合材料体系进行了系统研究,并探讨了LCP材料对PTFE基微波复合材料的改性增强效果。本论文主要研究内容如下:首先,通过溶胶-凝胶法合成了具有高介电常数的Ag@TiO2核壳结构,并在不同填充比例下与PTFE复合,制备出Ag@TiO2/PTFE复合材料。采用多种分析手段对试验样品形貌、组分进行了研究,确定了当Ag/TiO2摩尔比为1:30,填充比例为60vol.%时,样品同时具有高介电常数（25.22）,低介电损耗(5.2×10-3),较高的热导率（1.367 W/（m·K））和较低的线膨胀系数（25.6 ppm/℃）。其次,通过固相烧结法制备了ZnNb2O6陶瓷粉末作为填料并与PTFE复合,研究了烧结温度以及偶联剂复配对ZnNb2O6/PTFE复合材料性能的影响。结果表明,ZnNb2O6的优选烧结温度为1000℃,当填充比例为50 vol.%时,样品的微波介电性能为:=6.45,th=7.4×10-4,=-5.8 ppm/℃,同时热导率为0.845 W/（m·K）,线膨胀系数为52.1 ppm/℃。此外通过将正辛基膦酸（OPA）和硅烷偶联剂KH550进行复配的方法,制备了x OPA+（1-x）KH550偶联剂（x=0,0.33,0.5,0.66,1）并对ZnNb2O6进行改性。当x=0.66时,改性填料粉末达到亲水亲油的平衡,拥有最低的吸水率（0.06%）和微波介电损耗(6.61×10-4)。最后,本文研究了LCP A950纤维对PTFE及ZnNb2O6/PTFE复合材料的增强效果,通过DSC、SEM、DMA等分析手段,发现少量LCP的掺入可以对PTFE的结晶起到促进作用,同时提升复合材料的致密度和机械强度。当ZnNb2O6/PTFE/LCP三相体积分数为50/45/5时,复合材料具备中介电常数（=6.47）,极低的损耗(th=7.68×10-4)和近零的介电常数温度系数（=+2.25 ppm/℃）。同时材料的线膨胀系数为46.4 ppm/℃,相较掺LCP前下降了10.6%;弯曲强度为37.8 MPa,较前提升了17%。使用LCP增强的复合材料总体具备优异的综合性能,但当LCP含量过高,其对材料的增强效果逐渐减弱。
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