聚合物纳米复合电介质
聚合物纳米复合材料
此外，聚合物纳米复合材料还具有优异的阻燃性能和耐腐蚀性能。这使得其在航空航天、建筑材料、电子器件等领域有着重要的应用前景。
总的来说，聚合物纳米复合材料是一种具有广泛应用前景的新型材料，其在力学性能、导电性能、热传导性能、阻燃性能和耐腐蚀性能等方面都具有优异的特性。随着材料科学领域的不断发展和进步，相信聚合物纳米复合材料将会在各个领域发挥重要作用，为人类社会的发展和进步做出重要贡献。
聚合物纳米复合材料
聚合物纳米复合材料是一种新型的材料，它将聚合物基体与纳米材料进行复合，从而获得了优异的性能和应用特性。这种材料在材料科学领域引起了广泛的关注和研究，其在各领域都有着重要的应用前景。
首先，聚合物纳米复合材料具有优异的力学性能。由于纳米材料的加入，使得复合材料的强度、硬度和韧性得到了显著提高。这使得聚合物纳米复合材料在航空航天、汽车制造、建筑材料等领域有着广泛的应用前景。
聚合物纳米复合电介质
聚合物复合材料是一类重要的商业材料 ,广泛 应用于交通 、电气电子 、航空航天 、流体输送以及包 装等领域[1] 。这类材料通常集成了不同相材料的优 点 ,比如 ,聚合物碳纤维复合材料可同时具有碳纤维 的高模量和聚合物的韧性[2] ;聚合物金属复合材料 可同时具有金属的磁性 、电磁屏蔽性 、导电性以及聚 合物材料的粘结性 、耐化学品性等特征[3] 。然而 ,随 着技术标准的提高 ,传统的聚合物微米复合材料在 很多领域已经难以满足要求 。纳米技术的出现使复 合材料的发展进入了一个崭新的时代 。与聚合物微 米复合材料相比 ,纳米复合材料具有许多优异 、奇特 的性能 : 质量分数为 10 - 4 的纳米 Ag 粒子可以使聚
收稿 : 2006 年 12 月 , 收修改稿 : 2007 年 1 月 3 国家自然科学基金项目 (No. 50677037) 和上海市重大科技攻关项目 (No. 045211024) 资助 3 3 通讯联系人 e2mail :pkjiang @sjtu. edu电介质
径为 Rc ) 组成的蜂窝状复合逾渗体系 , Kusy[11] 给出
了一个计算其逾渗阈值的公式 (4) 。
<c ≈ (1 + 0. 75 RiΠRc )
(4)
对于 Gonon 给出的体系 ,2 Rc ≈70nm ,<c ≈1 % ,
因此 ,应得到绝缘体的直径 2 Ri ≈9μm ,根据图 1 ,计
摘 要 聚合物纳米复合材料能够发挥纳米材料在电 、磁 、光等方面的优越性 ,也具有聚合物的易成型 等方面的优点 ,正成为电介质领域研究的热点 。本文综述了聚合物纳米复合材料在介电性能方面的研究概 况 ,主要涉及了电导 、介电强度与空间电荷 、介电常数 、介电损耗以及局部放电等方面的研究 。最后展望了今 后的研究方向 。
聚合物电介质讲解
它代表着锂电池技术的最高水平,
因此国内外各大锂电池生产厂家及科
研机构都将它作为研发的重点.
聚合物
锂离子电 池的应用 范围
便携式 DVD, 笔记本电脑, 通信装置,矿灯,仪器仪表, 摄 像机,航模车模, 电动玩具,
电动工具, 小型UPS等
蓝牙耳机, MP3 , MP4 , 数 码相机, 移动电话, PHS电话，
armand等报道了peo的碱金属盐在4060e时离子电导率达105scm且具有良好的成膜性能可用作锂离子电池的电解质197319731975197519791979wright首次测量了聚氧乙烯peo与碱金属盐mx络合的电导率在pan2lipvdf2lix体系中加入塑化剂ecpc等环酯制成凝胶聚合物电解质gelsolidpolymerelectrolytegspe发现离子电导率大大提高weston和steele最先把电化学惰性的无机填料a2al2o3加入到spe以后各种惰性粉末被应用于spe中逐渐形成了复合型聚合物电解质体gozdz等利pvdf2hfp共聚物制备了多孔型聚合物电解质20世纪90年代从电化学角度出发聚合物电解质应具备以下7种性能
聚合物锂离子电池
聚合物电解质的应用
聚合物电解质膜燃料电池
聚
它是在液态锂离子电池基础上发
合 展起来的新一代高比能电池体系.是
物 为解决液态锂离子电池存在的严重不
锂 离
足而提出的一种全新的概念电池.
子
具有安全性能高、重量轻、容量
电 大、体积小、易塑性高等优点,被公
池
认为最具发展潜力和应用市场的电池
产品.
无线鼠标,手机等.
通信站、电动自行车电动汽 车、专用动力设备UPS等
未来在聚合物锂离 子电池研究中, 聚合物 电解质的结构、 传输 机理和基础研究、 电 极界面特性及高性能的 电池组装研究将仍是主 要关注的焦点.
第5章聚合物无机纳米复合材料
第5章聚合物无机纳米复合材料聚合物无机纳米复合材料是一种由聚合物基质和无机纳米颗粒组成的新型复合材料。
这种材料具有聚合物的柔韧性和无机纳米颗粒的特殊性能，广泛应用于各个领域。
聚合物无机纳米复合材料的制备方法分为物理法和化学法两种。
物理法主要是通过机械混合的方式将聚合物和无机纳米颗粒混合在一起，然后经过加热或其他处理使它们相互结合成为复合材料。
化学法则是通过化学反应将聚合物和无机纳米颗粒连接在一起，形成固体复合材料。
聚合物无机纳米复合材料具有一系列优异的性能。
首先，由于无机纳米颗粒在复合材料中的分散性和界面相容性良好，使得聚合物基体的强度和刚度得到显著提高。
其次，无机纳米颗粒的独特性能也使复合材料具有特殊的性能，如高导热性、高阻燃性、耐腐蚀性等。
此外，聚合物无机纳米复合材料还具有较好的可加工性，可以通过注塑、挤出、压延等工艺加工成不同形状的制品。
聚合物无机纳米复合材料在各个领域有着广泛的应用。
在电子领域，它可以作为高导热的封装材料，提高电子器件的散热性能；在汽车制造领域，它可以制备耐高温、耐腐蚀的复合材料，用于制造汽车发动机等部件；在医药领域，它可以作为载药材料，提高药物的缓释性能；在建筑领域，它可以作为阻燃材料，提高建筑物的耐火性能。
然而，聚合物无机纳米复合材料在制备过程中仍存在一些问题。
首先，制备过程中的分散性和界面相容性控制是一个关键问题，直接影响着复合材料的性能。
其次，无机纳米颗粒的添加量和分散度对复合材料的性能也有着重要影响，需要进行合理的设计和控制。
此外，复合材料在使用过程中的耐久性和稳定性也需要进行进一步的研究和改进。
总的来说，聚合物无机纳米复合材料是一种具有广泛应用前景的材料，其独特的性能使其在各个领域都有着潜在的应用价值。
随着制备工艺的不断改进和性能的进一步提高，相信聚合物无机纳米复合材料将会在未来发展中得到更加广泛的应用。
复合电介质
复合电介质
复合电介质是一种由两种或两种以上的电介质材料组成的复合材料。
它具有多种优良的性能，如高介电常数、低介电损耗、高绝缘强度、优异的机械性能等。
因此，复合电介质在电力电子、通信、航空航天等领域得到了广泛的应用。
复合电介质的制备方法有很多种，其中最常见的是混合法和层压法。
混合法是将两种或两种以上的电介质材料混合在一起，形成均匀的混合物，然后通过压制、热处理等工艺制备成复合电介质。
层压法是将两种或两种以上的电介质材料交替层压在一起，形成多层结构，然后通过压制、热处理等工艺制备成复合电介质。
复合电介质的应用范围非常广泛。
在电力电子领域，复合电介质被广泛应用于高压电容器、电力电容器、电力变压器等电力设备中。
在通信领域，复合电介质被广泛应用于高频电容器、微波电路、天线等设备中。
在航空航天领域，复合电介质被广泛应用于卫星、导弹、飞机等设备中。
复合电介质的优点主要体现在以下几个方面。
首先，复合电介质具有高介电常数，可以大大提高电容器的电容量。
其次，复合电介质具有低介电损耗，可以减少电容器的能量损耗。
第三，复合电介质具有高绝缘强度，可以提高电容器的绝缘性能。
第四，复合电介质具有优异的机械性能，可以提高电容器的耐久性和可靠性。
复合电介质是一种非常优秀的电介质材料，具有多种优良的性能和广泛的应用前景。
随着科技的不断发展和进步，复合电介质的应用领域将会越来越广泛，其在电子、通信、航空航天等领域的作用也将会越来越重要。
聚合物的结构与介电性能
电子极化
极
化
原子极化
类
取向极化
型
界面极化
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
电子极化
价电子云 相对原子 核的位移
极化过程：10-15~10-13s
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
原子极化
分子骨架在 外电场下发 生变形
极化过程一般 10-13s
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
取向极化
极性分子 延外场方 向排列
• 玻璃态：链段运动被冻结，结构单元上的极性基团取向受链 段牵制，取向能力低，对介电常数影响小
• 高弹态：链段活动能力大，极性基团取向受链段牵制较小， 对介电常数影响大。高弹态下，介电常数、损耗角大于玻璃 态
介电常数 聚氯乙烯
聚酰胺
玻璃态 3.5 4.0
高弹态 15 5.0
2.频率与温度
εs
ε’
ε”
氟原子具有较强的电负性, 可以降低高 分子的电子和离子的极化率, 达到降低 高分子介电常数的目的。同时, 氟原子 的引入降低了高分子链的规整性, 使得 高分子链的堆砌更加不规则, 分子间空 隙增大而降低介电常数。含氟聚酰亚胺 材料的介电常数为2.3 ～ 2 .8.
赵春宝,绝缘材料，2010：33
降低聚合物材料介电常数的方法
不同BaTiO3含量对BaTiO3-Epoxy 复合材料 的电导率随频率的变化
介电损耗分析
★随着BaTiO3含量 ，介电损耗 但是在体积含量低30 vol% 时， 介电损耗小
★随着频率 ,介电损耗
➢ 填充量过高，会使填料分散不 均匀，增加其界面极化，因此 介电损耗增加。
不同BaTiO3 含量对BaTiO3-Epoxy 复合材料的 介电损耗的影响
高电压技术及固体绝缘材料的进展
高电压技术及固体绝缘材料的进展1.前言高电压与绝缘技术是随着高电压远距离输电而发展起来的一门电力科学技术，它是一门新的学科，它是随着电力系统输电电压的提高和近代物理的进展而得到发展的。
高电压与绝缘技术的基本任务是研究高电压的获得和高电压下电介质及其电力系统的行为和特点。
本文介绍一些固体介质材料的新进展情况以及高电压发展趋势。
2.绝缘材料2.1 无机纳米复合电解质无机纳米/有机聚合物复合材料的发展已有近20年的历史。
早在1985年，为了善聚合物材料的强度和韧性，日本和美国开始了无机纳米/有机聚合物复合材的研究。
通过添加无机纳米粒子得到的复合材料，其强度和韧性大大提高，软化温度也比单纯聚合物有所提高。
我国学者通过将无机纳米粉体如、加入到环氧树脂、聚酯等绝缘聚合物中用于工程电工的绝缘电介质材料后发现，其绝缘性能、老化性能以及材料的耐大电流冲击能力提高了5到100倍。
对于无机纳米复合电解质的介电特性作如下分析：2.1.1 电阻率和电导率电阻率是电介质最基本的性能参数之一，可分为电子单导和离子电导两种。
很多文献都对纳米掺杂引起的聚合物电阻率的变化做了研究，界面区是一个纳米系统，其厚度取决于界面力作用性质，如果是短程力作用，则厚度将小于1nm，如果是长程力作用，例如在电介质中界面带电其厚度可能达到10nm以上。
界面在控制电荷输运过程中起着重要作用已经是一个公认的事实。
纳米电介质的许多优异性能都被认为与界面结构和行为有关。
纳米颗粒表面改变了聚合物结构体和局部电荷分布。
随着填料尺寸的减小，界面区域的聚合物相对体积逐渐增大，界面作用开始占据主导地位。
纳米掺杂所形成的界面区域的结构不同于聚合物基体，存在大量的界面态，有可能改变复合物体内的陷阱密度和陷阱能级。
纳米掺杂后材料的电阻率增大，可能是由于纳米掺杂通过物理化学作用在界面区引入了大量的深陷阱或使得原有的陷阱能级变深，降低了载流子迁移率，从而致使电阻率增大和电导率减小。
聚合物基复合材料在高介电材料方面的应用与发展
聚合物基复合材料在高介电材料方面的应用与发展姓名:*** 班级：高分子化学与物理学号：****摘要：高介电常数聚合物具有优异的介电性和柔韧性，可以制备高容量有机薄膜电容器等无源器件，近年来受到广泛关注。
本文概述了目前高介电聚合物基复合材料的主要问题，论述了铁电陶瓷－聚合物型、氧化物－聚合物型、碳纳米管－聚合物型、金属导电颗粒－聚合物型、全有机高分子聚合物型等高介电复合材料的国内外研究进展。
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发展的方向。
关键词：高介电常数复合材料聚合物填料介电损耗正文：随着信息技术的发展，作为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、动态随机存储器(DRAM)以及印刷线路板(PWB)上电容器的介质材料迅速减薄，逼近其物理极限。
随着器件特征尺寸的不断缩小，当线宽小于0.1μm，栅氧化物层厚度开始逐渐接近原子间距。
此时，受隧道效应的影响，栅极漏电流将随氧化层厚度的减小呈指数增长。
漏电流的急剧增加造成MOS器件关态时的功耗增加，对器件的集成度、可靠性和寿命都有很大影响，因此研究新型高介电介质材料成为当今信息功能材料以及微电子领域的前沿课题。
介电材料按介电常数的高低分为高介电和低介电两个方向。
高介电材料主要应用于栅极介质材料、储能材料等领域，低介电材料主要用来制备电子封装材料。
笔者所在的课题组近年来在聚酰亚胺低介电复合材料方面取得了一系列研究成果。
高介电常数材料根据用途主要分为钙钛矿相氧化物和金属或过渡金属氧化物，前者用于DRAM以及PWB上的电容介质材料，后者用于MOSFET栅极的绝缘介质材料。
近年来，聚合物基高介电材料成为微电子行业研究的热点之一，选择合适的聚合物基体，可以在PWB上快速大规模地制备高电容嵌入式微电容器，这种微电容器可以保证集成电路的高速运行。
此外，利用聚合物基高介电材料具备的特殊物理特性，可制备具有特殊性能的新型器件[1]。
1 电介质及其极化机理[2]电介质是指在电场下能在电介质材料内部建立极化的一切物质。
纳米颗粒增强的聚合物复合材料
纳米颗粒增强的聚合物复合材料近年来，随着纳米科技的快速发展，纳米颗粒增强的聚合物复合材料逐渐成为材料科学领域的热门研究方向。
这种新型材料结合了纳米材料的特异性能和聚合物的可塑性，具有广泛的应用前景。
纳米颗粒是尺寸在1到100纳米之间的微小颗粒，比起传统的宏观颗粒具有更高的比表面积和更好的物理化学特性。
纳米颗粒增强的聚合物复合材料通过将纳米颗粒与聚合物基体相互结合，使材料具有独特的性能。
首先，纳米颗粒增强的聚合物复合材料具有优异的力学性能。
纳米颗粒可以有效地增加复合材料的强度、硬度和刚度，提高其抗拉伸和抗压缩性能。
这是由于纳米颗粒的高比表面积和表面缺陷，可以有效地增强材料的结构，阻碍位错的移动，提高材料的机械性能。
其次，纳米颗粒增强的聚合物复合材料具有优异的导热性能。
纳米颗粒的特殊结构可以形成连续的导热通道，将热量从高温区域快速传导到低温区域。
这使得材料具有良好的热传导性能，可广泛应用于散热器、导热膏等领域。
此外，纳米颗粒增强的聚合物复合材料还具有优异的光学性能。
纳米颗粒的尺寸和形状可以调节光的散射和吸收行为。
通过调控纳米颗粒的特性，可以实现对光的控制，如改变材料的折射率、反射率和透明度。
这为光学器件的设计和开发提供了新的思路。
在能源领域，纳米颗粒增强的聚合物复合材料也展现了巨大的应用潜力。
通过将纳米颗粒引入聚合物基体中，可以有效改善材料的电导率和离子传输性能，提高储能设备的效率和性能稳定性。
利用这种材料的优异性能，可以实现高性能锂离子电池、超级电容器等能源设备的制备。
然而，在纳米颗粒增强的聚合物复合材料的研究和应用中，仍然存在一些挑战和问题需要解决。
首先，纳米颗粒的均匀分散和定向组装是影响材料性能的重要因素。
如果纳米颗粒无法均匀分散在基体中或定向组装成某种形状，将会影响材料的力学性能和导电性能。
其次，纳米颗粒的生产成本和大规模制备技术也是制约材料商业化应用的关键问题。
目前，尽管已经有了一些纳米颗粒合成的方法，但仍然需要更多新型纳米颗粒合成技术的发展。
纳米电介质的应用(一)
纳米电介质的应用(一)纳米电介质的应用1. 电子设备领域•电容器–纳米电介质在电容器中具有较低的电阻和电容损耗，能够提高电容器的性能，例如增加电容器的容量和降低工作频率时的功耗。
•电子存储器–纳米电介质可以应用于非易失性存储器中，提高了存储器的稳定性和可靠性。
同时，纳米电介质存储器还具有较高的读写速度和较低的功耗，适用于各种电子设备。
2. 通信领域•增强射频滤波器–纳米电介质可以应用于射频滤波器中，提高滤波器的性能和速度。
通过使用纳米电介质材料，可以实现更高的通信频带和更好的信号过滤效果。
•无线通信天线–纳米电介质可以应用于无线通信天线中，改善天线的性能和功耗。
利用纳米电介质材料的优势，可以实现更高效的信号接收和传输。
3. 能源领域•超级电容器–纳米电介质在超级电容器中作为电介质材料，能够提高电容器的能量密度和充放电速度。
纳米电介质的应用使得超级电容器具备了更高的储能能力和更短的充电时间。
•锂离子电池–纳米电介质可以用于锂离子电池中作为电解液，提高电池的性能和可靠性。
纳米电介质材料可以提高锂离子电池的循环寿命、充电速度和容量。
4. 生物医学领域•生物传感器–纳米电介质可以用于生物传感器中，提高传感器的灵敏度和响应速度。
通过纳米电介质的应用，可以实现更精确的生物检测和更快速的数据采集。
•医学影像领域–纳米电介质可以应用于医学影像领域中的传感器和探测器中，提高影像的分辨率和清晰度。
纳米电介质材料可以增强医学设备的性能，帮助医生更准确地进行诊断和治疗。
以上只是纳米电介质在不同领域中的一些应用示例，随着科技的发展和纳米电介质技术的进一步研究，相信还会有更多令人激动的应用出现。
5. 光电子领域•光伏电池–纳米电介质可以应用于太阳能光伏电池中，改善电池的光吸收和电荷传输效率。
纳米电介质的引入能够提高光伏电池的能量转化效率和稳定性，推动可再生能源的发展。
•光纤通信–纳米电介质可以应用于光纤通信中，提高光信号的传输速度和稳定性。
纳米复合介质中的陷阱分布与空间电荷机理
低密度聚乙烯纳米复合介质中电荷输运的实验研究和数值模拟吴建东纳米复合介质中的陷阱分布从早期的固态介质电导和介质击穿机理研究至今已经过了近五六十年，然而对固态介质的介电响应特性仍然很难进行定量的分析。
在这期间内，当半导体物理的理论基础——能带理论刚被提出后不久，其众多概念和理论即被很快引入到固态介质研究中，特别是聚合物中与电荷输运相关的导电、击穿等领域，这在一定程度上推进了固态介质研究的发展[48,49]。
载流子的局域化是基于能带理论的关键概念之一，电子和空穴在聚合物内部的局域化将直接影响载流子在聚合物内部的输运，并相应地改变聚合物的其它介电性能。
能使载流子局域化的结构称为局域态中心，在众多文献中常被称为陷阱，因此，下文中用陷阱代表局域态中心[50]。
描述陷阱特征的重要参数是陷阱深度和陷阱密度，对于有序结构的介质，陷阱深度可利用能带理论进行直接定义：俘获电子的局域能级（电子陷阱）与导带边沿的能级差，或俘获空穴的局域能级（空穴陷阱）与价带边沿的能级差。
在内部无序的聚合物材料中，陷阱深度的定义相对复杂些，基于实际的应用，陷阱深度一般定义为载流子从局域态激发到导带能级所需的能量，需要特别指出的是导带能级并不一定与能带边沿一致[51]。
一般聚合物是由大量的分子链组成，一部分规则叠加形成晶区，另一部分无规则随机堆积形成无定形区，因此，聚合物内部结构本质上是无序的。
图1-1为基于能带理论得出的无序聚合物的准能带模型[53]。
以聚乙烯为例，通过对LDPE分子结构的模拟计算可知，其内部的禁带宽度约为8eV以上，无定形中的无序结构将在能带结构的边沿附近形成离散的局域态，能级差约在0.15~0.3eV[54]，这些局域态称为物理陷阱，由于能级差较低，又可称为浅陷阱。
载流子在这类浅陷阱中受陷的时间数量级约为10-12s，因此，这些局域能级可认为具有局域传导性，并不对载流子产生长期的陷阱作用，文献[55]中也将这类靠近导带和价带的离散局域态称为准导带和准价带。
聚合物与纳米材料的复合研究及应用
聚合物与纳米材料的复合研究及应用在当今科技高速发展的时代，聚合物与纳米材料的复合研究和应用已成为当前研究领域的热点。
其中，复合材料作为一种新型材料，在工业、军事、医疗等领域都有着广泛应用，而聚合物与纳米材料的复合技术则是复合材料中最重要的一个分支。
首先，我们来了解一下聚合物与纳米材料的基础概念。
聚合物，指由许多相同或不同的单体分子经聚合反应而成的具有高分子量的化合物。
而纳米材料则是指粒径在1~100纳米之间的晶体或非晶体物质，由于具有很强的界面效应和尺寸效应，在一些特定的领域中表现出了非常出色的性能。
聚合物与纳米材料的复合技术，则是将纳米材料与聚合物进行混合，制成各种复合材料。
与单纯的聚合物相比，聚合物与纳米材料的复合材料具有许多优异的性能。
其中，最为显著的一点是复合材料的改性效果。
通过将纳米材料加入到聚合物中，可以在不改变聚合物基本性质的前提下，使其在力学性能、耐热性、阻燃性、导电性等方面得到优异的提升。
此外，由于纳米材料的特殊性质，复合材料的导电性、光学性能等也会有很大提升。
针对聚合物与纳米材料的复合技术，目前已经有很多研究成果。
例如，石墨烯与聚合物的复合材料就是一种非常典型的纳米复合材料。
石墨烯作为一种高性能纳米材料，具有优异的导电性、机械性能和化学稳定性，在电子、光电等领域有重要应用。
而将石墨烯与聚合物相结合，可以制备出导电性能十分优异的复合材料，应用于柔性电子器件、太阳能电池等领域。
此外，基于纳米材料的耐热性、耐腐蚀性等优异性能，聚合物与纳米材料的复合材料被广泛应用于制备高性能的塑料报警器、涂料、防腐蚀材料等领域。
然而，尽管聚合物与纳米材料的复合技术在许多领域有着重要应用，但是该技术也存在着一定的难点。
例如，由于纳米材料粒度的微小，往往难以保证其与聚合物的充分混合，从而造成复合材料性能下降。
此外，纳米材料也有着非常强的表面活性，易发生团聚现象，从而影响复合材料的均匀性和稳定性。
因此，对于聚合物与纳米材料的复合技术，仍需要不断地加强研究和探索，以期解决这些难点问题，达到更好的应用效果。
聚合物纳米复合电介质
聚合物纳米复合电介质
聚合物纳米复合电介质是一种由聚合物基体与纳米颗粒复合的电
介质材料。
该材料具有高介电常数、低电阻、低介电损耗和优异的机
械性能等特点，适用于高频电子元件、超高密度存储器等微电子学领域。
聚合物纳米复合电介质材料的制备过程可以通过溶液混合、溶胶
凝胶、原位聚合等方法进行。
其中，纳米颗粒的加入可以提高材料的
介电常数和电介质强度，同时也可以调控介质的导电性和耐热性能。
此外，通过合理的表面修饰和掺杂改性等方法，还可以提高材料的介
电疏水性、耐热性和耐腐蚀性。
目前，聚合物纳米复合电介质材料已经广泛应用于微电子学领域，尤其是高频电源和射频通讯系统中的超级电容器、功率电容器、铝电
解电容器等电容器产品。
随着材料科学与工程技术的不断进步，聚合
物纳米复合电介质材料将会在微电子学领域发挥越来越重要的作用。
复合电介纳米质的短时击穿及长时失效特性
第47卷2019年8月Vol.47 No.4Aug.2019云南电力技术YUNNAN ELECTRIC POWER复合电介纳米质的短时击穿及长时失效特性聂永杰，赵现平，张少泉，陈晓云（云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217）摘要：介绍聚合物绝缘失效对电网的安全运行造成严重的影响，聚合物纳米复合电介质作为第三代绝缘材料表现出优异的电气特性，其中短时击穿及长时失效是纳米复合电介质的关键性能之一。
针对目前纳米电介质的研究现状，综述了纳米电介质的短时击穿、真空沿面闪络、耐电晕、耐局部放电、耐电树老化、疏水特性以及其非线性电导特性，讨论了纳米掺杂对以上性能的改善机理。
总结了纳米电介质研究的关键理论和技术问题，认为纳米粒子和聚合物基体之间的界面区是影响纳米电介质电气、理化、机械等性能的关键，并指出对纳米电介质界面区的认识及调控是今后的研究方向和重点。
关键词：复合电介质；纳米；短时击穿；长时失效特性Short-term Breakdown and Long-term Failure Characteristics of Nano-dielectricsNie Yongjie, Zhao Xianping, Zhang Shaoquan, Chen Xiaoyun（Electric Power Research Institute, Yunnan power Gird Co., Ltd., Kunming, Yunnan, 650217,China）Abstract: Insulation fairlue of polymers leads to serious influences on the security operation of power system. As the third generation insulating materials, polymer nanocomposites exhibit superior electrical performance. The short-term breakdown and long-term fairlure are the key properties in polymer nanocomposites. This paper reviews the short-term breakdown, vacuum surface flashover, corona resistance, partial dischare resistance, electrical tree resistance, hydrophobic properties and non-linear conductivity properties of nano-dielcetrics, and also discussed the mechanisms of the above improvements in nanocomposites. The key theory and technology of nano-dielectrics are summarized, and it is considered that the interface region between nano-particles and polymers is the key which influence the whole electrical performance, physical and chemical performance, and mechanical performances of nano-dielectrics. Finally, It is pointed out that the recognition and regulation the interface region is the research foucs in the future.Key words：Composite dielectric; Nano; Short breakdown; Long-term failure characteristics中图分类号：TM74 文献标识码：B 文章编号：1006-7345（2019）04-0002-060 前言聚合物绝缘依据失效时间尺寸可分为短时击穿和长时失效（击穿）。
聚合物纳米复合材料的制备和应用
聚合物纳米复合材料的制备和应用聚合物纳米复合材料是一种很有前途的材料，它是将纳米颗粒与聚合物进行复合制备而成的材料。
它不仅具有聚合物的优良性能，还具有纳米颗粒的特殊性质，通过这种方式可以制备出一系列新型材料，其性能也具有了新的特点。
这篇文章主要就聚合物纳米复合材料的制备和应用进行探讨。
一、聚合物纳米复合材料的制备方法1. 溶液混合法溶液混合法是一种比较常见的制备聚合物纳米复合材料的方法，其大致流程是：将聚合物溶解在适当的溶剂中，添加一定量的纳米颗粒，并进行混合。
混合后将溶液进行旋转蒸发或是冷冻干燥等处理，最终得到所需要的聚合物纳米复合材料。
2. 共沉淀法共沉淀法利用一种化学反应，将纳米颗粒和聚合物同时生成。
首先，将聚合物的前体和纳米颗粒之间形成配合物，最终通过热处理等方法将聚合物生成。
这种方法制备的聚合物纳米复合材料比较密实并且均匀，但其制备难度较大。
3. 微乳液法微乳液法是一种较为新颖的方法，其主要是通过微乳液中存在的复合体将聚合物和纳米颗粒进行连接，最终得到聚合物纳米复合材料。
这种方法制备的复合材料颗粒尺寸分散度好，并且制备过程中环境友好。
二、聚合物纳米复合材料的应用1. 医疗领域聚合物纳米复合材料在医疗领域有着广泛的应用，例如：制备药物载体、支架材料等。
药物载体一般需要在人体内释放出药物，聚合物的高度可塑性可以让药物载体对不同药物有着良好的容纳性。
支架材料则需要具有较强的机械强度和有利的生物相容性，聚合物纳米复合材料通过在纳米尺度调控聚合物表面的特性，使其可以具有更好的生物相容性和生物活性。
2. 能源领域聚合物纳米复合材料在能源领域中也有着很大的应用潜力，例如：制备锂离子电池等。
锂离子电池作为现阶段最为可行的电化学储能方案之一，需要具有较高的电导率和较长的使用寿命。
通过将聚合物与纳米颗粒进行复合，可以改善电池的电化学性能并且减少其自发放电，从而使其具有更高的储能密度和长寿命。
3. 纳米电子领域纳米电子学是一种前沿的科技，其需要具有小尺度、高性能、低功耗的元器件。
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聚合物纳米复合电介质
背景：聚合物复合材料是一类重要的商业材料，广泛应用于交通、电气电子、航空航天、流体输送以及包装等领域。
然而，随着技术标准的提高，传统的聚合物微米复合材料在很多领域已经难以满足要求。
纳米技术的出现使复合材料的发展进入了一个崭新的时代。
与聚合物微米复合材料相比，纳米复合材料具有许多优异、奇特的性能：质量分数为10-4的纳米Ag 粒子可以使聚乙烯醇(PVA)的常温介电强度提高2倍；O ．05m ％的碳纳米管可以使环氧树脂的电导率提高7个数量级。
定义：聚合物纳米复合材料可以定义为通过一定方式在聚合物基体中引入至少在一个维度上是纳米尺度的填充物所组成的材料。
这种材料通常具有3个特性：第一，少量的纳米填充物即可以引起聚合物性能上大的变化；第二，当填充物在聚合物基体中均匀分散时，填充物彼此之间具有更短的距离；第三，填充物与聚合物基体之间具有非常大的接触面积。
正是由于聚合物纳米复合材料的这些特征给研究者设计、制备先进电介质材料提供了机会。
已经发现，聚合物纳米复合材料在电导，介电强度，介电损耗，空间电荷和局部放电等方面具有显著优势。
聚合物纳米复合电介质的电导：填充剂和聚合物本身的电学性质、填充剂之间距离以及复合材料的微观结构等是决定聚合物复合体系电导的主要因素。
对于颗粒填充的聚合物复合体系，颗粒与颗粒之问的距离l 可用下述公式表示：1/3[(4/3)2]l r v π=-，r ，v 分别是填充颗粒的半径、体积分数。
根据该式，在填充剂含量相同的情况下，纳米复合材料中颗粒之间的距离比微米复合材料要小得多；填充剂的电学性质与自身的尺寸有关，当微粒子的尺寸减小到纳米尺度时，组成颗粒的原子、分子数嚣大幅度减步，颗粒本身的电学性质可能会发嫩一些奇异的变化。
聚合物纳米复合电介质的介电常数：具有高介电常数、高介电强度、低介电损耗的聚合物复合材料是应用前景非常广泛的绝缘材料，这类材料具有均匀电场和储能的作用，可应用于电缆终端，集成电容器以及电机绝缘中。
这类材料对保证电力系统的正常运行具有举足轻重的作用。
在聚合物中加入高介电常数的钛酸钡，钛酸锶钡、铌镁酸铅．钛酸铅等无机粒子以及金属、碳纳米管、炭黑等导电、半导电颗粒是获得高介电复合材料的重要手段。
这些体系是典型的逾渗体系。
对于这类体系，理解与把握逾渗理论对于高介电复合材料的设计是极为重要的。
逾渗体系的有效介电常数可表示成：1()c p p β
εε-=-。
其中，ε、ε1分别为复合材
料、聚合物的介电常数，p 为孤立分散相的体积分数，p c 为逾渗阈值，且p<p c ，β是临界值数。
因此．要得到高的介电常数就必须使得填充物的填充分数接近临界值而又不能高于临界值。
如果填充分数合适，可以得到非常高的介电常数。
然而，具有逾渗行为的复合材料的介电性能对材料的组成非常敏感，组成的轻微变化就会引起材料性能的很大变化。
BaTiO 3具有非常高的介电常数，是广泛使用的一种电介质材料。
微米级的BaTiO 3颗粒填充的聚合物材料通常具有大的介电常数，已经得到了广泛的应用。
然而，BaTiO 3的介电常数与晶粒度具有明显的依赖关系。
实验表明，当粒径为加20一50μm 时，BaTiO 3的介电常数约为1 750；当粒径约为1.1μm 时，介电常数达到最大值，约为5 000。
如果晶粒继续减小，BaTiO 3的介电常数会迅速下降，如果粒径小于400nm ，介电常数将会变得非常小。
通常将这种变化归因为BaTiO 3由四方相转变为赝立方相。
保持BaTiO 3的晶格为四方相被认为是获得高介电常数BaTiO 3的手段。
一些具有共轭结构的有机材料也具有非常高的介电常数。
如酞菁铜的齐聚物。
电子在电场下可以在巨大的共轭轨道内运动，使得o-CuPc具有高达105的介电常数。
聚合物纳米复合电介质的介质损耗：对纳米填充剂进行表面改性可以提高其在聚合物基体中的分散性，从而改善复合材料的力学、热学性能．提高复合材料的介电常数。
但一些极性表面活性剂的引入通常会引起材料介电损耗的增加。
研究发现，在BaTiO3表面引入一层表面活性剂后，复合材料在介电常数明显提高的同时介电损耗也都增加了，不过，由于表面活性剂的用量非常少，介电损耗增加有限。
介质损耗是由介质的电导和松弛极化引起的。
当电介质内部存在电导时，介质会因发热而存在能量消耗；在极化过程中，如果存在带电基团(离子、电子以及偶极子等)的运动，带电基团就会在电场中吸收能量，然后将这些能量的一部分传递给周围的基团，这样，电磁能转化成热能，也要引起介质发热。
介质损耗通常能够导致整个介质的热破坏和化学破坏，长期使用会导致电介质的失效，甚至引起事故。
因此，作为电介质使用的聚合物纳米复合材料，必须具有尽量低的介电损耗。
研究表明通过对纳米填充物进行表面处理或选择表面具有绝缘层的纳米填充物可有效控制复合材料的介电损耗。
聚合物纳米复合电介质与空间电荷：空间电荷是指被陷阱捕获后停留在介质体内的电荷或由于不均匀极化产生的界面极化电荷。
空间电荷与绝缘材料的击穿、老化行为存在着密切的联系。
聚乙烯被广泛用作电力电缆的绝缘材料。
然而，电缆尤其是高压直流电缆的实际运行中，聚乙烯极低的电导率使得内部积聚的空间电荷难以扩散，空间电荷可引起局部电场的严重畸变，从而引发局部放电、树枝化等绝缘老化现象，大大地降低了电缆的使用寿命。
研究表明，加入BaTiO3，TiO2，等无机颗粒可以抑制空间电荷。
然而，通常情况下，微米级的无机粒子具有高的介电常数和高的电导率，在交流电场和直流电场下都会引起聚合物内部大的电场畸变，从而导致材料的介电强度下降、使用寿命降低等问题。
相比之下，纳米尺度的无机粒子通常不会引起大的电场畸变，有可能作为性能良好的空间电荷抑制剂，进而保证材料的介电强度。
空间电荷的大幅度减少可能是由于纳米复合材料中存在的介电双层之间的相互交叠产生的导电通路引起的。
为了解释这一原因，需要引入“介电双层”这一概念。
如图所示，在纳米粒子填充的聚合物材料中，聚合物的分子链要么与纳米粒子通过物理成键直接接触，要么通过化学键彼此相连。
无论存在哪一种接触，聚合物基体与纳米粒子之间都存在着一个由纳米粒子向聚合物基体过渡的区域，把这个区域称为介电双层。
介电双层的电导率一般较基体聚合物大很多。
纳米粒子具有大的比表面积，相同含量的纳米粒子的表面积要比微米材料大3个数量级以上。
在较低填充量时，纳米复合材料即具有比微米复合材料体积上大得多的介电双层相，这些介电双层彼此互相连接，如图所示，形成导电通路，空间电荷因此可以得到释放。
总体上，大多数聚合物复合电介质的介电强度要低于聚合物基体的介电强度，除了与纳米粒子的分散有关外，主要的原因是大部分纳米填充剂具有比聚合物大得多的介电常数和高得多的电导率。
尽管尺寸较小，仍会引起电场的局部畸变，特别是当颗粒是非球状时，电场畸变更严重。