论文总字数：22094字

摘 要

当今信息时代，电子工程行业不断发展，如何使用较少的资源却能使生产出的聚合物基复合材料具有较高的介电常数和较低的介电损耗已经成为该行业关注的重点。由于高介电常数的复合膜材料具有低的加工温度以及较强的柔韧性等优势，其在电子信息工程领域的应用前景也愈来愈广泛，这种介质材料可以用来制作不同形状的电容器。然而在要求介质材料具有较高的介电常数的同时，也需要尽可能的实现电子器件迷你化、多功能化，所以未来该行业如何提高复合膜材料的介电常数具有十分重要的现实意义。

本文从PVDF电介质材料的特性切入，详细地介绍了国内外研究者在PVDF电介质材料的应用上的变化与创新。分析比较了一些经典的PVDF多孔膜的制备方法，并在此基础上提出了自己的改进措施，同时对制备出的柔性多孔电介质的介电特性进行测试和分析。由于PVDF具有良好的介电特性，因此在柔性传感器中具有十分广阔的应用前景。最后，本文还探讨了在制备PVDF多孔电介质的过程中存在的主要问题，并指出提高介电常数、储能密度，减小介电损耗，降低制备成本是未来的发展方向。

关键词：PVDF多孔电介质 介电 多孔膜制备 电容器

Preparation of PVDF Porous Dielectrics

Abstract

In today's information age, with the continuous development of the electronic engineering industry, how to use less resources to produce polymer matrix composites with relatively high dielectric constant and relatively low dielectric loss has become the focus of attention of the electronic industry. Due to the advantages of low processing temperature and strong flexibility, the composite film material with high dielectric constant has been widely used in the field of electronic information engineering. This kind of dielectric material can be used to fabricate capacitors of different shapes. However, while the dielectric materials are required to have high dielectric constant, miniaturization and multifunction of electronic devices are also needed as far as possible. Therefore, how to improve the dielectric constant of composite film materials in the future is of great practical significance.

In this paper，starting from the characteristics of PVDF dielectric materials，the changes and innovations of researchers at home and abroad in the application of PVDF dielectric materials are introduced in detail. The preparation methods of some classical PVDF porous membranes were analyzed and compared. On this basis，the improvement measures were put forward. Simultaneously，the dielectric properties of the prepared flexible porous dielectrics were tested and analyzed. Because PVDF has good dielectric properties，it has very broad application prospects in flexible sensors. Finally，the main problems in the preparation of PVDF porous dielectrics are discussed. It is pointed out that improving dielectric constant，energy storage density， reducing dielectric loss and preparation cost are the future development directions.

Key words： PVDF porous dielectrics； dielectric； preparation of porous membranes； capacitor

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外对于PVDF多孔电介质材料的研究现状 2

1.2.1 聚偏氟乙烯（PVDF）的特性研究 2

1.2.2 PVDF多孔电介质的应用研究 2

1.3研究意义以及内容安排 4

第二章 PVDF电介质材料的基本结构及性能 5

2.1 PVDF基本结构 5

2.1.1 有机聚合物 5

2.1.2 PVDF的晶型结构 6

2.2 PVDF的性能及应用 8

2.2.1 PVDF的基本特性 8

2.2.2 PVDF的应用趋势 10

2.3本章小结 12

第三章 PVDF多孔电介质的制备方法 13

3.1 引言 13

3.2 聚偏氟乙烯多孔膜及其制备方法研究现状 13

3.2.1 浸没沉淀法 13

3.2.2 热致相分离法(TIPS) 14

3.2.3 拉伸法 14

3.2.4 非溶剂相分离法(NIPS) 15

3.3 本章小结 15

第四章 实验-制备PVDF多孔膜 17

4.1 引言 17

4.2 实验试剂及设备 17

4.3 实验内容及步骤 17

4.4 PVDF多孔膜制备过程 18

4.5 PVDF多孔膜微观结构 20

4.6 PVDF多孔膜介电性能测试 24

4.7本章小结 27

第五章 总结与展望 28

5.1 总结 28

5.2展望 29

参考文献 30

致 谢 32

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

随着社会的不断进步与科技水平的日益提高，人类对有限能源的消耗及利用持续上升，如何更好地利用能源、储存能源已经成为人们务必关注的领域。目前的研究热点主要在于电容器，它作为一种新发展的储能物理器材，由于其尺寸小、高的储能密度以及较高的充电及放电效率，其在能源的利用与储存方面的优势相比其他材料更加突出。制造电容器的关键步骤在于电介质材料的选择，这也对电容器在充放电效率方面的表现有着重要影响。因此，目前来看国内外的研究重点日趋倾向于复合电介质材料的改善。复合电介质材料有着好的加工性能以及较好的介电特性，在电力工程和微电子工程领域，具有高介电常数的复合电介质材料都起着十分重要的作用。

按照介电常数，介电材料有两个研究方向，一是高介电方向，二是低介电方向。在不同的应用领域内，不同方向的介电材料可以得到不同的发展，例如：在栅极介电材料领域，高介电材料发展较好，相对的低介电材料在制备电子封装材料方面优势更大。目前，复合介电材料已成为微电子工程的主要研究方向。微电容器是保证集成电路的高速运转的关键因素，为了制造出高电容嵌入式微型电容器，需要研究人员挑选出合适的聚合物基质。同时，具有其他性能的高介电复合材料，也能够用于制造具备其他性能的器件。当前对于聚合物基复合材料的研究内容大致有以下两个方面：一是开发新型的介电材料，即开发具有较高的介电常数和介电强度，较低的介电损耗以及适合当前应用前景的新材料；二是对于制备方法的改善，即采用新方法、工艺来提高制备效率及水平，以及用于模拟机械力学的新理论和新模型。复合多孔电介质材料已经成为一类新材料，这种有着优越性能的轻质电子材料可投入运用到很多方面，如电容器、微致动器、人造肌肉、智能材料、微电子、微循环设备、语音控制设备、传感器和微波吸收材料等。因此,对于复合介电材料的研发是迎合当下科技发展趋势的重要措施。

1.2国内外对于PVDF多孔电介质材料的研究现状

1.2.1 聚偏氟乙烯（PVDF）的特性研究

在众多膜材料中，聚偏氟乙烯（PVDF）比其他商业复合材料有更多的优点。该聚合物的主链是C-C之一，由H和F原子组成，这决定了它非常平衡的性能，高的机械强度和韧性、耐热性好、易于熔融加工、对大多数化学品和溶剂持久性好、并具刚性和柔性的形式、UV和核辐射性、耐候性、耐低温性，以及在室外曝光和阳光直射的情况下，可以保持几乎不变的物理性能。由于其优良的性能，PVDF膜被广泛使用在各种恶劣的污水处理和特殊要求。虽然已经存在膜蒸馏相关的技术，膜反应器和水处理用多孔膜的研究也有了显著的进展，却依旧存在如何制备出性能较高的多孔膜的挑战性。

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