69精品久久久久9999 薄膜的体积电阻率、击穿场强、相对介电常数和介质损耗角正切

壹、 PI/ 纳米 Al 2 O 3 复合薄膜的体积电阻率 ：

图 4 为 不 同 纳米 Al 2 O 3 含量的 PI/ 纳米 Al 2 O 3 复合薄膜的 体积 电 阻率 。 由 图 4 可 见 ，随着纳米 Al 2 O 3 含量的增加，复合材料的 体积 电 阻率 在 2% 处 略 有 增加， 之 后 逐渐减小 。在 PI/ 纳米 Al 2 O 3 复合 体系 中，聚酰亚胺为 连 续 相 ，纳米 Al 2 O 3 为分散 相 ，该复合材料的 体积 电 阻率 与 聚酰亚胺、纳米 Al 2 O 3 以 及两 相间 的 界 面 密 切相 关 。 而 无论 是 聚合 物 或 填料 由于 制 造过 程的影响 会引 入 许 多 离 子， 因 此 介质中的 导 电 通 常 是 离 子为 输 运 载流 子。 当 Al 2 O 3 在聚酰亚胺中含量 较 低 时 ，复合材料中的 载流 子 被 纳米 粒 子表 面 的大量 不 饱 和 键 和 缺陷捕获 ， 成 为 束缚 电 荷 ， 使 材料中 载流 子 浓 度 降低 ， 所 以 材料的 体积 电 阻率 略 有 升 高。 当 Al 2 O 3 在聚酰亚胺中含量 超 过 某 一 临 界 值 后 ，纳米 Al 2 O 3 本 身 所 携带 的 杂 质 离 子数量 不 能 忽 略 ， 再 加 上 颗 粒 之 间 距 离减小 ， 载流 子 迁 移 所 需 的 势垒 降低 ， 造成体积 电 阻率 的下 降 。

贰、 击穿场强 ：

电介质的 击穿场 强 是 衡 量电介质在电 场 作 用下 保 持 绝缘 性能的极 限 能 力 ， PI/ 纳米 Al 2 O 3 复合薄膜的 击穿场 强 与 纳米 Al 2 O 3 填 充 量 之 间 的 关 系 如 图 5 所 示 。 PI/ 纳米 Al 2 O 3 复合材料的 击穿场 强随着纳米 Al 2 O 3 填 充 量的增大 而 降低 。 一 般来说 ，电介质的 击穿 主要 发生 在材料介电性能 最 薄 弱 的 环 节 。对 于 PI/ 纳米 Al 2 O 3 复合材料 而 言 ，聚酰亚胺 与 纳米 Al 2 O 3 形 成 的 界 面 为 弱 点 。 当 纳米 Al 2 O 3 填 充 量 较 大 时 ，材料中 存 在大量的 有 机 一 无 机 界 面 ，在电 压 的 作 用下， 容易 形 成导 电 通 道 而造成击穿 ， 因 此 击穿 电 压 较 低 。 相 对 而 言 ，纯聚酰亚胺薄膜中 不 存 在 这 种 界 面 ， 因 此具 有 较 高的 击穿场 强。 此 外 ，纳米 Al 2 O 3 颗 粒 引 入 的 杂 质 离 子的 浓 度也 随着填 充 量的增加 而 增大，在电 场 作 用下材料 内 部 自 由 电 荷 的 浓 度 增大， 造成 了复合材料 击穿场 强的下 降 。

叁、 相对介电常数和介质损耗角正切 ：

图 6 显 示 实 验 温度 为 室 温 、 实 验 频率 为 50Hz 下 测 定 的 PI/ 纳米 Al 2 O 3 复合材料介电 常 数、介质 损耗 因 数随纳米 Al 2 O 3 含量 变化而变化 的 关 系 。该复合材料的介电 常 数、介质 损耗 因 数随纳米 Al 2 O 3 含量的增加 而 增大。 PI 介电 常 数为 3.0 左右 ，对 于 PI/ 纳米 Al 2 O 3 复合材料 来说 ，纳米 Al 2 O 3 的 引 入 增加 了材料中的极性 基 团 数量， 且 极性 基 团 的数量随着纳米 Al 2 O 3 含量的增加 而 增 多 。在电 场 的 作 用下， 这些 极性 基 团 使 材料的极 化 强 度 增加， 从而 引 起 相 对介电 常 数的增加。 此 外 ，复合材料 由于 纳米 Al 2 O 3 的 特殊 表 面 效 应 ，在复合材料 界 面 处 可 能 发生 了 更 为复 杂 的极 化 形式 ， 也 会 使 材料的极 化 强 度 增大。

PI/ 纳米 Al 2 O 3 复合材料的介质 损耗 主要 来源 于 极性 基 团 的 松弛 损耗 和电 导损耗 。 由上 述 分 析 可 知 ，复合材料中极性 基 团 在电 场 的 作 用下 产生 一定 强 度 的极 化 ，在 去掉 电 场 的 瞬 间产生 极 化 松弛 ， 从而 引 起 介质的 松弛 损耗 。 同时 由 2.3 节 的分 析 可 知 ，复合材料中的 导 电 载流 子数量随着纳米 Al 2 O 3 含量的增加 而 增加，在 交 变 电 场 的 作 用下， 引 起 载流 子的 迁 移 ， 造成 介质的 热 损耗 。