介電常數測試儀性能分析

圖2-4給出了測試頻率1kHz時Ni/BaTi03/PVDF三相復合材料的介電常數隨

BaTi03體積含量、Ni質量分數的變化關系。從圖中可以看出，復合材料的介電常數

隨著BaTi03體積含量和Ni質量分數的改變而變化很大。

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

圖2-5給出了在測試頻率1kHz時Ni/BaTi03/PVDF三相復合材料的介電損耗隨BaTi03體積含量、Ni質量分數的變化關系。從圖中可以看出，復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:的添加會提高復合材料的介電損耗，但實驗結果表明該復合材料的介電損耗與純PVDF相比不增反降。這可能是BaTi03和Ni表面的欽酸醋偶聯劑起到了作用，欽酸酷偶聯劑能夠使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的降低，同時偶聯劑的加入能限制PVDF基體C-F偶極子的轉動，偶極式損耗就相應降低，自然也會降低介電損耗。