納米填料對聚合物介電常數(shù)的影響

納米填料對聚合物介電常數(shù)的影響：

具有良好介電性能的陶瓷、聚合物或陶瓷聚合物復(fù)合材料可以用來制造電容器等電子元件。一方面?電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用?對電容器等電子元件提出大容量、小體積、長壽命、高可靠性等新要求?需要增大介電材料的介電常數(shù);另一方面?由于多芯片等*半導(dǎo)體技術(shù)的出現(xiàn)?只有減小基板的介電常數(shù)?才能減少信號傳輸延遲時間和提高布線密度?因此開發(fā)低介電常數(shù)材料也是研究的主要方向之一。納米填料對聚合物介電常數(shù)的影響?在很大程度上取決于納米填料自身的介電常數(shù)與填充量?高介電常數(shù)的填料在聚合物中所占的比例增大時?復(fù)合材料的介電常數(shù)也隨之增大。在降低聚合物的介電常數(shù)方面?主要采用向聚合物中引入氣體的方法?如直接引入空氣?或氣孔率較大的填料。

常用于提高聚合物相對介電常數(shù)的納米填料主要有Al2O3、TiO2、BaTiO3等?其中鈦酸鋇（BaTiO3）作為一種最重要的高介電常數(shù)鐵電氧化物?其填充的聚合物的介電常數(shù)可在較大的范圍內(nèi)進行調(diào)控?在電子和光學(xué)工業(yè)中有廣泛地應(yīng)用前景?人們對納米BaTiO3／聚合物復(fù)合材料的介電性能進行了詳細的研究。印度的Muralidhar和Pillai[17?18]研究發(fā)現(xiàn)BaTiO3重量分數(shù)為70％的BaTiO3／PVDF復(fù)合材料?其介電常數(shù)最大?為133．3（10Hz?30℃）?只有這種組分比的材料?介電常數(shù)高于所推算的介電常數(shù)128．0。朱寶庫等人[19]制備出聚酰亞胺／BaTiO3復(fù)合膜并對其進行了介電性能測試?實驗表明?隨著BaTiO3含量的增加?復(fù)合材料的介電常數(shù)也隨之增加?復(fù)合膜的介電常數(shù)具有良好的溫度和電場頻率的不敏感性?BaTiO3含量為50％（體積分數(shù)）復(fù)合膜的介電常數(shù)達到35?是純聚酰亞胺的10倍。因為納米BaTiO3／聚合物復(fù)合材料在交互電場中?除了BaTiO3本身產(chǎn)生強烈的極化外?復(fù)合物的界面同時也發(fā)生界面極化現(xiàn)象。

在降低介電常數(shù)研究方面?ZhangY采用向聚酰亞胺中加入納米硅管的方法降低其介電常數(shù)?當納米硅管含量小于3％質(zhì)量分數(shù)時?復(fù)合物的介電常數(shù)隨著納米硅管含量的增加而減小?這是因納米硅管中含有較多的空氣?而空氣的介電常數(shù)接近于1?所以復(fù)合物的介電常數(shù)降低。在納米填料含量較低并與聚合物生成納米結(jié)構(gòu)時?介電常數(shù)反而在很多情況下會減小?表明介電常數(shù)的降低是因納米結(jié)構(gòu)的存在造成的。TTanaka采用多核模型對納米復(fù)合體系介電常數(shù)降低現(xiàn)象進行了解釋?如圖1所示。以TiO2／環(huán)氧樹脂納米復(fù)合體系為例?納米TiO2周圍的環(huán)氧高分子可分為三層結(jié)構(gòu)?第一層為鍵合層?環(huán)氧分子與TiO2表面的羥基產(chǎn)生鍵合作用?該層環(huán)氧分子自由運動能力最差;第二層和第三層分別為半固定層和自由運動層。由于納米粒子與聚合物之間龐大的界面效應(yīng)?使高分子鏈段與納米粒子表面的羥基發(fā)生鍵合限制了聚合物在電場下的轉(zhuǎn)向運動?從而造成介電常數(shù)的降低。