聚酰亚胺/碳纳米管复合薄膜的电性能与热刺激电流研究

论文摘要

碳纳米管(CNTs)电性能和力学性能优越,自从1991年被发现以来就一直是学者们研究的焦点。聚合物/CNTs复合材料因其具有逾渗阈值低、机械性能卓越等优点,在静电消除、电磁屏蔽、印刷线路板(PCB)等领域有巨大的发展前景。本文采用扫描电子显微镜(SEM)对聚酰亚胺/碳纳米管(PI/CNTs)复合薄膜进行了微纳米尺度的形貌表征,并测试了复合薄膜的平均击穿场强、体积电阻率和介电谱。CNTs极大地影响了复合薄膜的电性能。当CNTs含量较少时,导电粒子并未完全搭接,平均击穿场强和体积电阻率保持在较高水平;随着CNTs含量的增大,导电粒子形成导电网络,平均击穿场强和体积电阻率急剧下降,并在含量为0.6wt%时出现了由绝缘体向半导体的转变。介电谱测试表明:由于界面效应,CNTs的存在抑制了复合薄膜的偶极转向极化。本文在不同的实验条件下(包括极化场强、极化温度、极化时间、升温速率等因素)对复合薄膜进行了TSC测试,运用高斯拟合分离TSC曲线,并进行陷阱参数的计算。随着极化场强增大,注入试样内的电荷明显增多;极化温度越高,肖特基发射增强,注入试样内电荷也越多,被陷阱捕获的可能性越大;极化时间对β峰影响较为明显。聚酰亚胺/CNTs复合薄膜β峰活化能范围为0.34eV~0.61eV,ρ峰活化能范围为1.03eV~1.56eV。这说明无机纳米粒子引入更多的陷阱,复合薄膜更易捕捉电荷,深陷阱束缚了聚合物中可移动电荷。相同实验条件下,相对纳米样本,纯聚酰亚胺体内电荷被注入的深度较深,陷阱中的电子被热激发后进一步向试样内做定向迁移;纳米样本则不然,陷阱阻止了电子的定向迁移。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚酰亚胺与碳纳米管简介
• 1.1.1 聚酰亚胺与碳纳米管
• 1.1.2 纳米粒子杂化聚酰亚胺
• 1.2 热刺激电流简介
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 聚酰亚胺/碳纳米管复合薄膜及其电性能
• 2.1 聚酰亚胺/碳纳米管的制备和表征
• 2.1.1 聚酰亚胺/碳纳米管复合薄膜的制备简介
• 2.1.2 聚酰亚胺/碳纳米管复合薄膜的表征
• 2.2 击穿性能测试
• 2.2.1 预处理
• 2.2.2 实验过程
• 2.3 复合薄膜的体积电阻率
• 2.3.1 实验预处理
• 2.3.2 测试装置
• 2.3.3 测量过程
• 2.3.4 测量结果
• 2.4 介电谱
• 2.4.1 实验仪器与试样的预处理
• r 和tan δ的频谱图'>2.4.2 复合材料ε_r 和tan δ的频谱图
• 2.5 本章小结
• 第3章 热刺激电流基本理论
• 3.1 热刺激电流
• 3.1.1 偶极子引起的TSC
• 3.1.2 陷阱电子引起的TSC
• 3.1.3 热刺激过程的动力学方程
• 3.2 实验装置
• 3.2.1 样品室与控温装置
• 3.2.2 数据采集系统
• 3.3 陷阱参数的计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 聚酰亚胺/碳纳米管复合薄膜的热激电流
• 4.1 试样的预处理
• 4.2 实验与讨论
• 4.2.1 Dupont 原始聚酰亚胺薄膜100HN 的TSC
• 4.2.2 不同极化场强的TSC 测试
• 4.2.3 不同极化温度的TSC 测试
• 4.2.4 不同极化时间的TSC 测试
• 4.2.5 不同升温速率的TSC 测试
• 4.2.6 不同CNTs 含量的TSC 测试
• 4.2.7 电晕前后复合材料的TSC
• 4.3 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢