Дипломная работа: Диэлектрические композиты на основе модифицированного субмикронного титаната бария и цианового эфира ПВС

1.3.1 Диэлектрические полимерные материалы

Полимеры с особыми электрическими свойствами находят все более широкое применение в толстопленочной электронике для создания функциональных слоев и композитов. Использование полимеров позволяет построить более гибкие, перенастраиваемые технологии, снизить себестоимость продукции. В частности, полимеры с высоким значением диэлектрической проницаемости используются при формировании конденсаторов а также электролюминесцентных источников света (ЭЛИС).

Выбор полимерного связующего для композитов, составляющих макроструктуру электролюминесцентного конденсатора, определяется требованиями к электрофизическим свойствам функциональных слоев.

Разработка новых высокомолекулярных соединений с высокой ε внесла бы существенный вклад в производство изделий пленочной электроники, конденсаторов, а также электролюминесцентных источников света [16, 17, 21].

Широко применяемые полимерные материалы характеризуются невысокими значениями , которые не превышают 1,5–4 [18]. Диэлектрическую постоянную полимера можно увеличить до 4–6 посредством его растворения в некоторых низкомолекулярных диэлектриках с большим значением ε . Это, однако, связано с повышением электропроводности и tg δ материала, что очень нежелательно [19].

Включение в основную цепь полимера боковых ответвлений с сильно полярными группами, например цианэтиловыми, увеличивает ε полимеров, чаще всего не понижая их других диэлектрических свойств [20].

Полимеры такого типа получают двумя способами:

- введением цианэтиловой группы в полимеры, имеющие реакционно-способные атомы водорода,

- полимеризацией или сополимеризацией мономеров, содержащих цианэтиловые группировки.

Важным классом полимерных материалов, обладающих высокими значениями диэлектрической проницаемости, являются цианэтиловые эфиры поливинилового спирта (ЦЭПС) общей формулы:

в которой х, у, w , z являются целыми числами, удовлетворяющими следующим условиям: w + x + y = 100, где 10 £ w £ 80, 0 < õ £ 30, 10 £ y £ 80, 0 < z £ 10.

ЦЭПС представляют собой сополимеры, получаемые посредством реакции цианэтилирования поливинилового спирта (ПВС) при взаимодействии с акрилонитрилом. Цианэтилирование катализируется щелочами, третичными аминами, алкоголятами щелочных и щелочноземельных металлов и др. Степень полимеризации зависит от свойств исходного ПВС и порой достигает до 10⁵ .

Наличие в ЦЭПС полярных функциональных групп –(( CH ₂ )₂ – CN ), –ОН ,

–C–O–С– обеспечивает при нормальных условиях высокие значения e =18-25 при tg δ 0,10-0,2, причем электрическая прочность пленок составляет 35-45 МВ/м [22-23].

Одним из перспективных направлений является создание новых композиционных полимерных материалов с высоким удельным энергосодержанием (более 10⁵ Дж/м³ ) для высоковольтной импульсной техники. Такие материалы могут найти применение в качестве изоляции емкостных накопителей энергии, работающих на импульсном напряжении. Композиционные полимерные материалы для емкостных накопителей энергии должны обладать стабильными электрофизическими характеристиками в широком диапазоне частот внешнего электрического поля. Проблема заключается в том, что существенное повышение диэлектрической проницаемости композиционных полимерных материалов возможно при условии высокой степени полярности и совместимости составляющих его компонентов. Повышение полярности компонентов органического происхождения ведет к возникновению частотных областей дисперсии комплексной диэлектрической проницаемости, что обуславливает нестабильность характеристик самой полимерной матрицы. Введение мелкодисперсного наполнителя неорганического происхождения существенно модифицирует структуру и свойства композиционных полимерных материалов за счет межфазных взаимодействий и образования граничного нанослоя вблизи частиц наполнителя [24-28]. Это определяет особенности временнoго распределения локального поля в отдельных областях полимерной системы и частотной дисперсии эффективной комплексной диэлектрической проницаемости КПМ. В этой связи, при разработке КПМ необходимо иметь информацию о частотном спектре комплексной диэлектрической проницаемости самой полимерной матрицы и основных закономерностях изменения параметров спектра диэлектрической релаксации при введении в полимерную матрицу частиц наполнителя неорганического происхождения. В [29-30] показано, что применение пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) в качестве полимерной матрицы и материалов с высокой диэлектрической проницаемостью – сегнетоэлектрической керамики ЦТС-19 или диоксида титана TiO₂ с размером частиц ~1 мкм. позволяет получать композиционные полимерные материалы с высоким удельным энергосодержанием (до 10⁵ Дж/м³ ) в миллисекундном диапазоне длительностей фронта импульсного напряжения (τ_φ =5...10 мс).

1.3.2 Неорганические диэлектрические материалы

Материалы, обладающие большими значениями диэлектрической проницаемости, а также материалы, диэлектрическая проницаемость которых определенным образом изменяется при изменениях температуры, представляют большой интерес для развития электронной техники.

В серии исследований, проводимых начиная с конца 1930х гг. [31], было показано, что одним из наиболее перспективным классов материалов, обладающих высокой диэлектрической проницаемостью и особым характером ее зависимости от температуры, являются титанаты металлов II группы Периодической системы. В частности, для ряда специфических задач электроники были разработаны системы, состоящие из материалов с положительным и отрицательным температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости, в качестве первого из которых титанат магния, а в качестве второго – соединение двуокиси титана с доломитом MgCa(CO₃ )₂ [32].

Было также обнаружено резкое различие в диэлектрических свойствах титанатов в зависимости от природы металла (таблица 1), определяющей тип кристаллической решетки.

Таблица 1 - Типы кристаллической решетки и значения диэлектрической проницаемости титанатов металлов II группы Периодической системы

Под - группа	Щелочно-земельный металл	Тип кристаллической решетки	Диэлектрическая проницаемость
I	Be Ca Sr Ba	- Перовскит Перовскит Перовскит	« 1 2 3 4 5 6 » К-во Просмотров: 291 Бесплатно скачать Дипломная работа: Диэлектрические композиты на основе модифицированного субмикронного титаната бария и цианового эфира ПВС >>> Скачать <<< Меню Поиск