【摘 要】
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本文以兼具导热性和半导体性质的碳化硅(SiC)纳米线为主要填料,从高分子材料加工的视角探索制备高介电常数、低损耗和高导热性能的聚偏氟乙烯(PVDF)基介电复合材料的基本理论和工艺。阐明复合材料微观结构与介电性能、导热性能的内在关联。具体研究结果如下:(1)采用溶液混合的方法制备了PVDF/SiC纳米线复合材料,并研究了其微观结构对介电和导热性能的影响规律。结果表明:SiC纳米线的混入能有效提高复合
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本文以兼具导热性和半导体性质的碳化硅(SiC)纳米线为主要填料,从高分子材料加工的视角探索制备高介电常数、低损耗和高导热性能的聚偏氟乙烯(PVDF)基介电复合材料的基本理论和工艺。阐明复合材料微观结构与介电性能、导热性能的内在关联。具体研究结果如下:(1)采用溶液混合的方法制备了PVDF/SiC纳米线复合材料,并研究了其微观结构对介电和导热性能的影响规律。结果表明:SiC纳米线的混入能有效提高复合材料的介电常数。复合材料的介电损耗与SiC纳米线的分散状态密切相关。当含量为13.8 vol%时,未改性SiC纳米线在PVDF基体中相互交织,形成漏电通路,大幅提高介电常数的同时也显著增大了介电损耗。而经表面氨基化改性的SiC纳米线则能在PVDF基体中平行排列,提高介电常数的同时也维持了较低的介电损耗。其在1 KHz时的介电常数高达23.3,但介电损耗仅为0.048,是同含量未改性SiC纳米线填充PVDF基复合材料的1/4。此外,SiC纳米线也使复合材料的导热系数小幅提高。(2)为了进一步提高PVDF/SiC纳米线复合材料的导热系数,通过六方氮化硼(h BN)将PVDF基体中平行排列的SiC纳米线“桥接”形成导热通路。所制备的PVDF/h BN/SiC纳米线三元复合材料的导热系数显著提高,同时维持较高的介电常数和较低的介电损耗。其中,PVDF/h BN/SiC纳米线(100/20/26,w/w/w)三元复合材料的导热系数高达1.41 W/(m·K),约是纯PVDF的5.9倍。同时,其在1 KHz的介电常数和损耗分别为18.5和0.05。(3)以PVDF与聚丙烯腈(PAN)的共混物作为基体材料,溶液混合制备了PVDF/PAN/SiC复合材料,并对其形态结构、介电和导热性能进行了表征与分析。研究结果表明,共混物复合材料中PAN含量对介电性能影响显著。其中,PVDF/PAN/SiC{(90/10/15),w/w/w}复合材料在1 KHz下介电常数高达48,介电损耗为0.14,导热系数为0.39 W/(m·K)。
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