介電常數(shù)測試儀性能分析

圖2-4給出了測試頻率1kHz時Ni/BaTi03/PVDF三相復(fù)合材料的介電常數(shù)隨

BaTi03體積含量、Ni質(zhì)量分數(shù)的變化關(guān)系。從圖中可以看出，復(fù)合材料的介電常數(shù)

隨著BaTi03體積含量和Ni質(zhì)量分數(shù)的改變而變化很大。

1)復(fù)合材料的介電常數(shù)隨著BaTi03體積含量的增加呈大體增加趨勢，在不含Ni情況下，介電常數(shù)由8(0v%BaTi03)增加大22(50v%BaTi03)左右，這種現(xiàn)象一方面與BaTi03本身高介電性能有關(guān)，含量越高的BaTi03自然拉高復(fù)合材料的介電常數(shù);另一方面也可以從界面極化的角度來解釋，由于PVDF基體和BaTi03的電導(dǎo)率不同，在外電場作用下，載流子運動到PVDF基體和BaTi03的相界面處時，會被相界面捕獲，大量電荷在相界面處形成積累，從而產(chǎn)生界面極化。如果BaTi03含量增加，PVDF基體和BaTi03的界面數(shù)量增加，所形成的界面極化密度增加，復(fù)合材料的整體極化強度也就相應(yīng)增加，因此宏觀上就表現(xiàn)為復(fù)合材料介電常數(shù)的提高。復(fù)合材料的介電常數(shù)隨著Ni含量的增加則表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，其中獲得最高介電常數(shù)的Ni粉的最佳含量為1w%，在BaTi03含量為SOv%時介電常數(shù)約為40}為不摻雜Ni的兩倍。這種現(xiàn)象可以從微電容器的角度進行解釋，導(dǎo)電顆粒Ni分散在PVDF基體中，可以看做是這些導(dǎo)電顆粒被很薄的絕緣體所包圍，這種微結(jié)構(gòu)可以看做是微電容器。如果一定數(shù)量的導(dǎo)電粒子相互連接而又保持之間有絕緣材料間隔，即這些導(dǎo)電粒子形成平行板關(guān)系，就相當(dāng)于形成了一種微電容器并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，從而能夠獲得較高的電容，提高復(fù)合材料的介電常數(shù)。另外，Ni粉的加入可以提高復(fù)合材料的介電常數(shù)，也可以從界面極化的角度來理解:導(dǎo)電顆粒和絕緣體之間的電導(dǎo)率也存在很大的差異，當(dāng)導(dǎo)電顆粒分散在聚合物基體中時，絕緣體和導(dǎo)電顆粒的相界面會捕獲大量電荷形成電荷積累，產(chǎn)生界面極化。因此Ni粉的加入相當(dāng)于在BaTi03的基礎(chǔ)上增加了極化的強度，從而能夠增大復(fù)合材料的介電常數(shù)。但是如果Ni含量過多，Ni彼此接觸團聚，將會在絕緣的復(fù)合材料中形成導(dǎo)電通道，漏電流現(xiàn)象增加，表征電荷儲存能力的介電常數(shù)自然也就下降，這也就是為什么Ni含量為Sw%的復(fù)合材料的介電常數(shù)大幅下降的原因。

圖2-5給出了在測試頻率1kHz時Ni/BaTi03/PVDF三相復(fù)合材料的介電損耗隨BaTi03體積含量、Ni質(zhì)量分數(shù)的變化關(guān)系。從圖中可以看出，復(fù)合材料的介電損耗角正切值隨著BaTi03體積含量的增加而增加，但是增加幅度不大，基本都保持在0.04以下。復(fù)合材料的介電損耗主要是由BaTi03本身決定((BaTi03是一種鐵電體，介電損耗較大)，原則上BaTiO:的添加會提高復(fù)合材料的介電損耗，但實驗結(jié)果表明該復(fù)合材料的介電損耗與純PVDF相比不增反降。這可能是BaTi03和Ni表面的欽酸醋偶聯(lián)劑起到了作用，欽酸酷偶聯(lián)劑能夠使BaTi03,Ni在PVDF基體更好的分散，體系均一性良好，從而電子云分布比較均勻，引起的介電損耗也就相應(yīng)的降低，同時偶聯(lián)劑的加入能限制PVDF基體C-F偶極子的轉(zhuǎn)動，偶極式損耗就相應(yīng)降低，自然也會降低介電損耗。