高介电Ba(Fe0.5Nb0.5)O3-聚合物复合材料介电性能的微结构敏感性及界面调控

With the development of electronic information technology, electronic components meet the trend of overall performance with miniaturization and flexible. The present project intends to prepare complex perovskite ceramics-polymer composites with high dielectric constant. Various high performance polymer materials will be selected as the matrix, and the various size complex perovskite Ba(Fe0.5Nb0.5)O3 powders will be prepared by solid state reaction and wet chemical method. The relationship between the interfacial characteristics of the various component and dielectric properties will be investigated systematically, and the mechanism of nonlinear reinforce of dielectric properties in composites will be revealed. In the same time, the modification of dielectric properties especially high temperature independence on the present composites will be investigated also, which can be the pratical basis of the composites and will be riched the theory of dielectrics. The present materials are promising high dielectric constant ceramics, so the present project has very important theoretical and practical significance, and will improve the investigation and developing of other high dielectric constant materials and devices.

电子信息技术的发展迫切需要各种电子元器件具有微型化和易于加工成型等优异的综合性能。本项目拟选取性能优异的聚合物材料为基体，并采用固相法和湿化学法分别制备出不同颗粒尺寸的复合钙钛矿型Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体，制备不同Ba(Fe0.5Nb0.5)O3陶瓷-聚合物复合材料体系。通过系统研究复合材料中各组元之间的界面特性与复合材料介电性能的关系，从本质上揭示复合材料介电性能的非线性增强机制。同时寻求影响该复合材料综合性能各因素的协调与控制，探索该类材料界面调控与改善介电性能尤其是高温度稳定性的有效途径，为该类高介电常数材料的实用化奠定基础，并为丰富电介质理论做出积极贡献。本项目研究的材料在高介电常数材料领域具有巨大的潜在应用前景，相关工作的开展具有十分重要的理论与实际意义，对其它高介电常数材料及器件的研究与发展也有很大的促进作用。

本项目通过系统研究不同颗粒尺寸的Ba(Fe0.5Nb0.5)O3粉体对Ba(Fe0.5Nb0.5)O3-聚合物复合材料各组元之间的界面效应与介电性能的影响，阐明了在PVDF基体中引入微米级BFN填料，显著提高了PVDF基复合材料的介电常数，同时维持较低的介电损耗的内在机制，为制备高介电常数PVDF基复合材料提供了新思路；利用Yamada模型有效地预测分析了n-BFN/PVDF复合材料介电增强现象；揭示了n-BFN/PVDF复合材料表现出更高的介电常数是因为n-BFN/PVDF复合材料中较大的界面面积所引起的界面极化，而较低的介电损耗归因于绝缘的PVDF的阻隔效应；n-BFN/Ni/PVDF三相复合材料不仅提高了PVDF基复合材料的介电常数，而且大大降低了复合材料的介电损耗，揭示了n-BFN粒子有效地隔绝Ni颗粒间的相互接触，从而阻碍材料的内部的导电通路，降低漏导电流；采用多巴胺(DA)改性Ba(Fe0.5Ta0.5)O3 (BFT)粉体，可明显改善复合材料微结构和储能性能，当BFT添加量为1 vol%时，复合材料的储能密度在150 MV/m的电场下达到1.81 J/cm3，储能效率达到60.06 %，相比于改性前，储能密度和储能效率分别提高了15 %和120 %，并提出利用降低的介电常数定量分析界面对于复合材料介电常数影响的方法，为进一步调控该类复合材料的介电弛豫及其介电性能奠定基础。