摘 要

高储能密度电容器运用越来越广泛，这也要求着其性能不断提高，其中介电薄膜材料是电容器研究发展的关键材料之一。本论文通过共混法和聚合法用PMMA来改性PVDF，在改性的基础上与BT粒子复合，用溶液流延法制备介电薄膜。采用XRD、SEM、FTIR和透反射显微镜等表征其结构，并测试其介电性能，探究两种PMMA改性PVDF基体对PVDF-BT复合材料结构和性能的影响。

用溶液流延法制备不同质量比例的PVDF/PMMA薄膜和掺杂不同质量分数经修饰的钛酸钡颗粒的PVDF/PMMA/BT薄膜，表征分析可知二者相容性较好，对薄膜进行介电性能测试，得到PVDF和PMMA的最佳的质量比例。按照最佳质量比例，利用单体MMA在PVDF中交联形成互穿网络，掺杂不同质量分数的BT粒子，进行结构和介电性能测试，与对应的共混薄膜进行对比分析。

研究结果表明：PVDF和PMMA的质量比例为7：3时，改性薄膜介电性能最好，BT粒子最佳掺杂量为4wt%，且聚合法制备的薄膜比简单共混制备的薄膜在结构和性能上更优异。

关键词：PVDF；PMMA；钛酸钡；溶液流延法

Abstract

High energy density capacitors are being used more and more widely， but also requires its continuous development, and dielectric film material is the key to the development of capacitors. In this paper, PVDF was modified by PMMA using blending and polymerization．On the basis of modification, the dielectric thin films were prepared by solution casting method with BT particles．The structure was characterized by SEM and XRD,FTIR and transflective microscopy，and the dielectric properties of the dielectric thin films were tested．The effects of two PMMA modified PVDF matrices on the structure and properties of PVDF-BT composites were investigated.

PVDF/PMMA with different mass ratios and PVDF/PMMA/BT films doped with different mass fraction of modified barium titanate particles were prepared by solution casting method．SEM and XRD for structural analysis, we can see that the compatibility is very good．The best quality ratio for impact resistance can be obtained from the analysis of dielectric test results．According to the best mass ratio, the monomer MMA was crosslinked in PVDF to form interpenetrating network, and different mass fraction of BT particles were doped. The structure and dielectric properties were tested and compared with the corresponding blends.

The results show that the dielectric properties of the modified films are the best when the mass ratio of PVDF and PMMA is 7:3, the best doping amount of BT particles is 4wt%, and the films prepared by the polymerization method are better than those prepared by simple blending. Structure and performance even better.

Key Words：PVDF；PMMA；Barium titanate；Solution casting method

目 录

摘 要 I

Abstract II

第１章　绪论 1

1.1 高储能密度电容器 1

1.2 介电材料研究及发展 1

1.2.1 陶瓷材料 1

1.2.2 聚合物类材料 2

1.2.3 复合材料 2

1.3 课题研究目的及内容 5

1.3.1 课题研究目的及意义 5

1.3.2 课题工作内容 5

第2章 介电材料及薄膜的制备测试方法 7

2.1 介电材料 7

2.1.1 聚合物PVDF 7

2.1.2 铁电陶瓷BaTiO₃ 7

2.2 介电薄膜的制备方法 8

2.2.1 LB沉积法 8

2.2.2 旋涂法 9

2.2.3 溶液流延法 9

2.3 介电薄膜测试方法介绍 10

2.3.1 傅里叶红外光谱仪（FTIR） 10

2.3.2 扫描电子显微镜（SEM) 10

2.3.3 X射线衍射仪（XRD） 10

2.3.4 透反射显微镜 10

2.3.5 介电性能测试 11

第3章 介电薄膜的制备及测试 12

3.1 实验材料和仪器 12

3.2 玻璃片和纳米钛酸钡的处理 13

3.2.1 玻璃片的处理 13

3.2.2 纳米BaTiO₃粉末的处理 13

3.3 共混膜的制备与测试 14

3.3.1 PMMA/PVDF共混聚合物(BPN)膜的制备与测试分析 14

3.3.2 PMMA/PVDF/纳米BaTiO₃共混薄膜的制备与测试分析 19

3.4 互穿网络膜的制备与测试 22

3.4.1 PMMA/PVDF互穿聚合物(IPN)薄膜的制备与测试分析 22

3.4.2 PMMA/PVDF/BT互穿薄膜的制备与测试分析 24

第4章 结论 27

参考文献 28

致 谢 30

第１章　绪论

1.1 高储能密度电容器

电容器在电子电力行业领域较为普及，它灵活可靠，适用于各类不同环境下的种种要求，电容器因此也越来越受关注，同时，它也在解决全球能源日益紧张，石化类资源日益枯竭，以及各种环境污染的问题上有着非常重要的作用^[1,2]。广泛使用的电容器随着科学技术的迅速发展体积变得更小、能量储存密度更大、稳定性更高以及对环境更友好。高储能密度电容器正是在这样的情况下发展起来，高储能密度电容器是指在一定体积内能储存更多能量的电容器，即其储存能量密度更大^[3]。

介电常数和击穿强度是两个决定能量密度的重要参数。在电容器中，平板电容是最简单的一类，因此可以通过平板电容更容易地了解介电常数、击穿强度和能量密度等几个量之间的关系。线性电介质的能量密度与击穿强度关系为:

（1.1）

ε为击穿强度，E为电场强度。由于能量密度与之成平方关系，要实现更高的能量密度，则需要更高的击穿强度。在交变电场作用的情况下，电介质中的部分电能会以转化为热能的形式而被损耗掉，因此对于电介质材料来说还有一项很重要的指标：介电损耗。