聚合物鐵電復合材料的概述

在自然界中存在的物質一般可分為４大類，即金屬、塑料、陶瓷、復合材料。聚合物鐵電復合材料是一種聚合物和鐵電陶瓷的復合材料。鐵電材料具有廣泛的應用，因為它的高介電性介電常數。但它具有機械強度差和較低的斷裂強度，可以由聚合物矩陣來補償。聚合物具有良好的機械、易于合成、低聲波阻抗和高介電擊穿強度等優點，但缺點是較低的介質常數。類似地，陶瓷力學很差、非常脆弱、聲波阻抗高、擊穿強度降低，但有著較高的介電常數。此外，通過改變成分的性質，材料的可以被調諧為所需要的。因為這是一個比較領域，需要做大量的工作來對其進行深入的了解，以便可以有效地用于各種應用。

ＲｏｓａｌｉｎＢｅｕｒａ等對這方面進行了一定的研究，將聚合物聚乙烯醇（ＰＶＡ）與鐵電陶瓷ＢａＺｒ０．１Ｔｉ０．９Ｏ３（ＢＺＴ）制備成一種聚合物陶瓷復合材料ＰＶＡ－ＢＺＴ（比例為９０／１０，８０／２０，７０／３０，６０／４０，５０／５０）。ＢＺＴ粉末是通過固相反應路線制備的，對ＢａＺｒ０．１Ｔｉ０．９Ｏ３初步的Ｘ射線分析發現完成了單相化合物在立方晶系中形成，鐵電化合物的聚合物復合材料是以聚乙烯醇為聚合物基體制備的。掃描電鏡結果顯示ＢＺＴ顆粒分布均勻無多孔基體。在５０～１５０℃的溫度范圍，１０２～１０６Ｈｚ的頻率范圍內，對該材料的介電和阻抗進行了詳細的研究，發現這些對溫度和頻率是高度依賴的。如圖２和３所示，在較低的頻率，介電常數和介電損耗均隨著溫度的增加而增加（以ＰＶＡ＋４０％（體積分數）為例）。

另外，有研究指出陶瓷與聚合物復合可以大大提高材料的耐擊穿強度。研究發現，陶瓷粒子與聚合物之間的相互作用在改善復合材料的介電中起到了非常重要的作用。適當的延伸聚合物可以增加聚合物的介電擊穿強度。將無機填充劑與生物矩陣形成一個架橋矩陣，使無機相和有機相之間形成交聯結構。例如，在ＸｉａｏｌｉａｎｇＤｏｕ等的研究中發現，鈦酸鹽和ＢＴ發生反應主要是鈦酸鹽的碳烷基鏈和ＢＴ表面的羥基反應，使烷烴和有機體發生糾纏，此過程加固鈦酸鹽和ＢＴ之間的不同屬性鍵連接堅定。ＢＴ的鈦酸鹽與ＰＶＤＦ之間的相互交聯會導致有機相與無機相之間形成一個狹窄的接口，此外ＢＴ可以適當延長ＰＶＤＦ涂層矩陣導致刃型位錯，ＢＴ粒子雜質增加ＰＶＤＦ的缺陷，這些因素導致多和深的陷阱，使復合材料的空間電荷增加，從而增加材料的耐擊穿強度。ＪｕｎｊｕｎＬｉ等在研究電能儲存在含有鈦酸鋇納米顆粒的鐵電聚合物納米材料中，相比于不含ＢａＴｉＯ３納米粒子的聚合物材料，含２０％（體積分數）ＢａＴｉＯ３納米粒子聚合物陶瓷復合材料的電場位移密度較小（在１００ＭＶ／ｍ的電場下，電位移密度低于３．３Ｃ／ｃｍ２）；含３０％ＢａＴｉＯ３，能量密度較高（約是聚合物材料的２倍）；含５％ＢａＴｉＯ３，結晶溫度提升（從１００℃升至１０６℃），聚合物融化熱升高（從１８．３Ｊ／ｇ升至２０．７Ｊ／ｇ），結晶度增加（從２１％升至２４％）。

也有研究者利用酞菁銅齊聚物和Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）聚合物開發了適用于高效能電能儲存器的有機鐵電材料，即陶瓷／聚合物０－３復合材料以及介電常數高于１０００的聚合物復合材料，可用于電子包裝、超級電容器等領域。聚合物鐵電復合材料應用價值巨大，還需要進行細致深入的研究。