ПАРАМЕТРЫ СПЕКТРА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ РЕЛАКСАЦИИ ПОЛИВИНИЛИДЕНФТОРИДА, НАПОЛНЕННОГО НАНОПОРОШКАМИ ДИОКСИДА ТИТАНА И ЦИРКОНАТА ТИТАНАТА СВИНЦА

10 сентября 2010

Ткаченко С.Н. Федеральное государственное научное учреждение “Научно-исследовательский институт высоких напряжений при ТПУ”, 634034 г. Томск, пр. Ленина 2А

Одним из основных способов создания композиционных полимерных материалов (КПМ) с высоким значением диэлектрической проницаемости является наполнение полимерной матрицы частицами сегнетоэлектри-ческой керамики. Разработка таких КПМ с высокими значениями удельной запасаемой энергии в широком диапазоне частот возможна лишь на основе полярных полимерных матриц, поскольку они обладают лучшей совместимостью с ультра - и мелкодисперсными наполнителями, имеющими существенно большую диэлектрическую проницаемость, чем полимер.

В [1] было установлено, что применение поливинилхлорида (ПВХ) в качестве поли-

мерной матрицы при определенном сочетании полярных пластификаторов и таких наполнителей, как диоксид титана рутильной модификации (TiO2) и цирконат титанат свинца (ЦТС), позволяет получить КПМ с высокой диэлектрической проницаемостью при содержании наполнителей до 40 об. %. Однако основным недостатком этих КПМ является существенная зависимость комплексной диэлектрической проницаемости от частоты внешнего электрического поля и достаточно узкий диапазон рабочих температур (не более 60°С). Композиционные материалы, разрабатываемые для емкостных накопителей энергии, работающих на импульсном напряжении с длительностью фронта импульса напряже-

123

ния от 10~7 до 103 с, должны иметь стабильные электрофизические характеристики в диапазоне частот 103… 107 Гц. По этой причине поливинилиденфторид (ПВДФ) является более перспективной полярной матрицей по сравнению с ПВХ [2, 3].

Целью данной работы являлось исследование влияния наполнителей (ТЮ2 и ЦТС) на температурно-частотные спектры зависимости комплексной диэлектрической проницаемости КПМ, выполненных на основе ПВДФ в диапазоне частот от 103 до 106 Гц и температур от комнатной до 100°С и расчет основных параметров спектров диэлектрической релаксации исследуемых нанодиэлектриков.

Объектами исследования являлись ПВДФ, а также композиции с различной концентрацией наполнителя на его основе. В качестве наполнителей использовались нано-порошки никеля (Ni), ТЮ2 и ЦТС со средним размером частиц сферической формы 200, 400 и 800 нм, соответственно. Состав исследуемых композиций приведен в таб. 1.

Измерения действительной (е’) и мнимой (е") составляющей комплексной диэлектрической проницаемости проводились с помощью измерительного комплекса Solartron Analytical на переменном напряжении 3 В по методике, описанной в [4].

Таблица 1. Обозначения и состав иссле-дуемыхполимерных композиций

№ композиции	Состав композиции
К1	ПВДФ
К2	ПВДФ + 0,5 вес. % Ni + 25 вес. % ЦТС
К3	ПВДФ + 50 вес. % ЦТС
К4	ПВДФ + 65 вес. % ЦТС
К5	ПВДФ + 10 вес. % TiO2

gj

(1)

Расчет параметров спектров диэлектрической релаксации производился с помощью модели, описанной в [5], в следующей последовательности. Сначала рассчитывались параметры спектров комплексной диэлектрической проницаемости по формулам:

l+ (F/Foi)2

e’(F) = s„ +Ае^]

i=i

(2)

■A
(F/F.)g.

s (F) = As > .

и l + (F/Foi)

где 6М - значение диэлектрической проницаемости при частоте F »
Foimax; Foimax - максимальная частота одного из i-тых релаксаторов; Де = (ес - 6М) - полная ширина дисперсии комплексной диэлектрической проницаемости; ес - диэлектрическая проницаемость при F «
Foimin, где Foimin - минимальная частота одного из i-тых релаксаторов; д, - вклад

отдельных составляющих спектра в полную ширину дисперсии.

Статьи по теме:

No related posts