埃尔派知识课堂：３分钟了解常见的聚合物基复合材料

为提高电子设备的高温可靠性，需要通过一定的手段降低聚合物的介电损耗并提高其导热系数。根据填充组分不同，可其归类为全有机聚合物电介质、和三元或多元杂化体系、陶瓷填充聚合物电介质和导电填料填充聚合物电介质。

全有机聚合物电介质

全有机类电介质材料是一个重要的研究方向，基于其更好的生物相容性，可广泛用于药物释放、人工肌肉以及生物化学特性研究，全有机复合电介质本质上也是复合一些具有高介电常数或导电性的聚合物材料。

三元或多元杂化体系

近年来，研究者综合了传统的陶瓷聚合物和导电填料聚合物二元体系的优点，探索了很多三元或多元杂化体系。Yao等人制备了三相MWCNT-BaTiO 3-PVDF复合材料，在多壁碳纳米管和钛酸钡的含量分别为1%和15%时，复合电介质材料的介电常数高达151，介电损耗为0.08，是二元聚偏氟乙烯／钛酸钡体系的10倍，同时，还保持了二元体系较低的介电损耗和良好的加工性能。

陶瓷填充聚合物电介质

往聚合物基体中添加具有高介电常数的铁电陶瓷粉末是最早获得高介电常数聚合物电介质材料的主要方法，但在较高的陶瓷粉末填充量下，复合材料介电常数的增强效果有限，更会导致该类电介质材料加工上的困难和力学强度的降低。此外，由于纳米尺寸效应，使得目前发展小于5μm的高介电薄膜材料受到极大挑战，严重制约了陶瓷聚合物电介质材料的广泛应用。

导电填料填充聚合物电介质

往聚合物中添加一些导电填料，在渗流阈值附近，复合材料的介电性能会发生渗流突变。尤其是添加具有高长径比的碳纳米管和石墨烯材料时，很少的填料量就能获得具有较高介电常数的电介质材料，且保持了聚合物本身良好的韧性和机械强度。然而渗流体系最大的缺陷是，在渗流阈值附近填料间容易形成导电通路，导致材料产生较大的介电损耗，严重影响电介质的使用寿命和安全性。

在微型电容器体积受限的情况下要发展功率大、安全系数高的电容器元件必须使用具有更高介电常数和更低介电损耗的电介质材料。聚合物材料除机械强度良好、质轻柔韧外，还具有损耗低、成膜性好和成本低廉等优点，因此成为目前热控制领域的理想材料，特别是在电气电子领域。