[论文解读] Dielectric properties of Poly(methyl methacrylate) (PMMA)/CaCu3Ti4O12 Composites
本研究通过熔融混合与热压工艺制备了PMMA/CaCu3Ti4O12（CCTO）复合材料，以提升其在高频电容器应用中的介电性能。在100 Hz下，介电常数从纯PMMA的4.9提高至40 vol% CCTO时的15.7，且由于低频下以空间电荷极化为主导，复合材料在高频下仍保持较低的介电损耗。
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.
研究动机与目标
- 开发适用于微型化电子器件的高介电常数聚合物-陶瓷复合材料。
- 研究PMMA基体中掺杂CCTO陶瓷颗粒的介电行为。
- 优化复合材料在高频电容器应用中的介电性能。
- 理解空间电荷极化在增强介电响应中的作用。
- 评估PMMA/CCTO复合材料作为低损耗介电材料的可行性。
提出的方法
- 采用熔融混合后热压的方法制备PMMA/CCTO复合材料。
- 在PMMA基体中控制CCTO含量从0至40 vol%。
- 利用XRD和SEM表征其结构与形貌特性。
- 在频率和温度范围内测量介电性能。
- 分析介电常数和损耗角正切随陶瓷含量与频率的变化关系。
- 识别出在低频下空间电荷极化为最主要的极化机制。
实验结果
研究问题
- RQ1增加CCTO含量如何影响PMMA复合材料的介电常数？
- RQ2在低频下，PMMA/CCTO复合材料中的主要极化机制是什么？
- RQ3PMMA/CCTO复合材料能否在高频下保持低介电损耗？
- RQ4复合材料的结构如何影响其介电性能？
- RQ5该复合材料是否适用于高频电容器应用？
主要发现
- 在100 Hz下，PMMA的介电常数从4.9提高至40 vol% CCTO时的15.7。
- 识别出空间电荷极化为低频下最主要的极化机制。
- 复合材料在高频下表现出显著低的介电损耗，表明其适用于高频应用。
- 介电常数的增加与CCTO在PMMA基体中的含量成正比。
- 形貌表征证实CCTO颗粒在PMMA基体中均匀分散。
- 复合材料在测量的频率范围内表现出稳定的介电性能。
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