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2.4介电性能分析

采用Agilent4294A型精密阻抗分析仪测试复合材料的介电常数和介电损耗．测试温度:室温;频率:100Hz～100kHz．样品为半径r=5cm的固化材料，双面铺有铝箔．

图4是聚合物复合材料的介电常数(ε)在不同频率下随无机纳米组分掺杂量变化的曲线．从图4中可以看出，复合材料在102Hz～105Hz测试频率范围内，随着纳米粒子掺杂量的增加介电常数呈上升趋势，纳米粒子质量分数为3%时介电常数最大．当纳米粒子含量较少时，复合材料的极化由聚合物基体决定;当粒子含量逐渐增加时，粒子和基体的相界面面积增大，在外电场的作用下，电介质中的电子或离子在界面处聚集，导致界面极化作用加强，复合材料的介电常数也增加．此外，分子极性越大，取向极化的贡献越大，介电常数也就越大，但介质的极化与介质的分子结构有关，当介质是交联结构时极性基团活动取向有困难，因而降低了介电常数，这时分子结构占主导地位;当频率逐渐升高时，由于环氧树脂固化后交联密度较大，分子沿外电场方向转动需克服阻力，取向极化的过程也就需要较长的时间，随着测试频率升高界面极化也跟不上频率的变化，因此共同导致复合材料的介电常数降低，但整体降低的趋势比较缓慢，也就说明此复合材料在102Hz～105Hz测试频率范围内介电常数随频率变化趋于稳定，即频率依赖性小．掺杂材料的介电常数普遍高于未掺杂材料，这与理论是相符合的．
 

 

图5是介电损耗曲线．从图中可以看出:当测试频率在低频时(低于10kHz)，介电损耗角正切逐渐降低，这是因为在低频区，各种极化均来得及建立，单位体积的介电损耗tanδ与恒定电场下的相似，全由电导损耗所贡献，因此介电损耗tanδ较小;在高频区，由于频率较大，松弛极化来不及建立，基本上不会产生松弛损耗，介质的极化主要是位移极化，每周期内引起的损耗减小，但每秒内的周波数增加，使介电损耗tanδ仍然增大，但变化速度减缓．除电导、松弛极化两种能量损耗外，还可能存在有介质不均匀引起界面损耗以及强电场下介质孔隙中气体电离引起的游离损耗，最终还是使介电损耗增加．

3结论

1)从扫描电镜(SEM)的测试结果可以得出，纳米SiO2粒子在环氧树脂基体中有良好的分散性，但随着纳米SiO2含量的增加粒子出现团聚现象．

2)采用纳米SiO2改性环氧树脂能有效的提高复合材料的力学性能，随着纳米粒子掺杂量的增加，剪切强度和弹性模量呈现先增加后下降．当纳米SiO2质量分数为2%时剪切强度和弹性模量达到最大，分别提高173%、95%．

3)无机纳米SiO2的加入有效地提高了复合材料的耐热性．随着掺杂量的增多热分解温度逐渐增高．

4)测试频率范围在102Hz～105Hz测试范围内，复合材料的介电常数ε随着纳米SiO2粒子掺杂量的增加呈上升趋势，而且随着频率增加介电常数ε下降;介电损耗tanδ随着纳米SiO2粒子掺杂量的增多在低频区(102～103Hz)呈现下降，而在高频区(103～105Hz)随频率增加量单调上升趋势．