摘要
随着电子元件小型化、集成化和轻量化的发展需求，迫切需要协同改善聚合物基复合材料的储能密度和导热性能。介电常数和击穿场强是影响电介质材料储能密度的关键因素，在器件小型化、集成化的背景下由介电损耗引发的热击穿将很大程度上决定了材料的击穿场强。为此，在提高介电常数的同时，有效地抑制介电损耗并及时疏导由损耗产生的热量具有重要的应用价值。本论文基于实验室剥离制备的高导热二维氮化硼纳米片（BNNS），通过负载钛酸钡@聚苯胺（BT@PANI）核壳粒子设计制备了新型复合填料，研究了复合填料微观结构对聚偏氟乙烯基复合材料介电和导热性能的影响。该工作为发展储能聚合物复合电介质提供新途径，具有重大的应用价值。 首先，以Li+作为插层剂，采用超声辅助水热法和两步离心法，通过对溶剂种类、溶剂比例以及离心转速等条件的优化，获得了片径尺寸分布较窄的BNNS，并采用原位聚合法对BNNS进行了表面修饰，制备了形貌可控的聚多巴胺-氮化硼纳米片（PDA-BNNS）。结果表明，随着BNNS与以盐酸多巴胺（DA-HCl）质量比的增大，BNNS表面和厚度方向的PDA负载量逐步减少。当BNNS与DA-HCl质量比为8:1时，BNNS的边缘光滑，球状的PDA仅在BNNS的表面局部聚集形成凸起，这种形貌的PDA-BNNS可以为表面负载物质提供足够多的粘附位点，同时避免由于端面粘附行为导致横向尺寸过大而改变BNNS的流变性，以及在复合材料内部形成自由电荷输运通路而产生高的电导损耗。 然后，利用PDA的粘附性开发了循环沉降的简便方法，在PDA-BNNS表面负载BT@PANI粒子制备了新型的BNNS/BT@PANI复合填料，以及聚偏氟乙烯（PVDF）基复合材料。结果表明，随着BT@PANI与BNNS质量比增大，BNNS表面负载的核壳粒子数量增加。在复合材料中，复合填料趋向于与复合材料的表面平行分布。填充量为20wt%的复合材料介电常数随BT@PANI负载量的增加而增大，最大值可达20.55（103Hz），是PVDF膜的两倍多，而介电损耗可维持在0.20附近，且在104~106Hz宽频区间，介电损耗处于0.10附近的更低范围。复合材料的导热系数则随着BT@PANI负载量的增加呈下降趋势，处于0.64-0.92W/mK之间，都远高于纯PVDF膜（0.22W/mK）。将具有导电性质的核壳粒子BT@PANI负载在BNNS表面，自由载流子的运输通路被阻断，使复合材料在较低的填充量下实现了介电和导热性能的协同改善。
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