[論文レビュー] Dielectric properties of Poly(methyl methacrylate) (PMMA)/CaCu3Ti4O12 Composites

P. Thomas, R. Ravindran+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2013

Dielectric materials and actuators参考文献 7被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、溶融混合およびホットプレス処理を用いてPMMA/CaCu3Ti4O12（CCTO）複合材料を調製し、高周波用コンデンサへの誘電特性の向上を図った。40 vol%のCCTOを含む場合、100 Hzで誘電率は純粋なPMMAの4.9から15.7に増加したが、低周波数での空間電荷分極が支配的であるため、高周波数でも誘電損失が低く抑えられた。

ABSTRACT

Materials with high dielectric constant are in great demand for the miniaturization of electronic devices. More specifically, high dielectric constant polymer-ceramic composites are useful for embedded capacitor applications. A composite consisting of giant dielectric CaCu3Ti4O12 (CCTO) incorporated into the Poly(methyl methacrylate) (PMMA) polymer matrix has been fabricated by melt mixing followed by hot pressing. The composites thus fabricated has been characterised for structural, morphological and dielectric properties. The composites dielectric constants had increased when the CCTO content increased in the PMMA matrix. The dielectric constant of PMMA is around 4.9 @ 100Hz which has increased to 15.7 @ 100Hz when the ceramic content has increased to 40 Vol %. At low frequencies, space charge polarisation is dominant. This composite also exhibited remarkably low dielectric loss at high frequency, which makes this composite a suitable candidate for the capacitors in high frequency application.

研究の動機と目的

• 小型化された電子機器向けに高誘電率を示すポリマー・セラミックス複合材料の開発を目的とする。
• PMMAマトリックスにCCTOセラミックス粒子をドーピングした複合材料の誘電挙動を調査することを目的とする。
• 高周波用コンデンサ応用に最適化された誘電性能を達成することを目的とする。
• 空間電荷分極が誘電応答を向上させる役割を理解することを目的とする。
• PMMA/CCTO複合材料が低損失誘電体材料としての実用可能性を評価することを目的とする。

提案手法

• 溶融混合後にホットプレス処理を施してPMMA/CCTO複合材料を調製した。
• PMMAマトリックス内でのCCTO含有量を0〜40 vol%の範囲で制御した。
• XRDおよびSEMを用いて構造的および顕微組織的特性を特徴付けた。
• 周波数および温度範囲にわたって誘電特性を測定した。
• 誘電率および損失正 tangent をセラミックス含有量および周波数の関数として分析した。
• 低周波数での空間電荷分極が支配的分極メカニズムであると特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CCTO含有量を増加させることで、PMMA複合材料の誘電率にどのような影響を与えるか？
• RQ2 低周波数でのPMMA/CCTO複合材料における支配的分極メカニズムは何か？
• RQ3 PMMA/CCTO複合材料は高周波数でも低誘電損失を維持できるか？
• RQ4 複合材料の構造が誘電性能にどのように影響するか？
• RQ5 この複合材料は高周波用コンデンサ応用に適しているか？

主な発見

• 40 vol%のCCTOを含む場合、PMMAの誘電率は100 Hzで4.9から15.7に増加した。
• 低周波数での空間電荷分極が支配的分極メカニズムであると特定された。
• 高周波数でも顕著に低い誘電損失を示したため、高周波応用に適していることが示された。
• 誘電率の上昇は、PMMAマトリックス内でのCCTO含有量に比例していた。
• 顕微組織的特徴付けにより、CCTO粒子がPMMAマトリックス中に均一に分散していることが確認された。
• 測定した周波数範囲全体で安定した誘電性能を維持した。