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纳米复合介电材料在脉冲系统、传感器、能量捕获和晶体管等诸多行业具有广泛的应用前景,其性能与复合材料的组成、结构、形貌密切相关。因此,制备不同组成、结构和形貌是改善和提高纳米复合介电材料性能的关键。本文选取了铁电聚合物(聚偏氟乙烯)和一元氧化物(二氧化铁)为研究对象,研究了晶体结构、微观形貌、化学组成和界面状态对复合材料介电性能的影响,并且探索出不同形貌金红石二氧化钛(R-TiO2)与聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料的最优化学组成与电性能变化规律。主要研究内容和结果如下:(1)通过活性剂调控溶液化学反应以控制钛酸四丁酯(TBOT)水解合成二氧化钛颗粒和二氧化钛纳米棒。溶液反应过程中的温度、十二烷基硫酸钠(SDS)pH值对R-TiO2纯相生成起到至关重要的作用。温度低于200℃、pH值在0.3-0.8和时,SDS对R-TiO2的成相有明显的促进作用,但不能完全使水解产物转变为R-TiO2。当温度高于200℃时,温度成为影响反应的主要因素,活性剂与pH值对反应产物的影响逐渐减小。此外,SDS可以促进R-TiO2沿着[112]出现明显的取向生长现象。取向之后的R-TiO2/PVDF复合材料介电常数最高达到了 33,明显高于取向之前的R-TiO2颗粒,这与理论结果相符合。(2)采用四氯化钦(TiC14)水解制备R-TiO2微球,微球由R-TiO2纳米线组成,纳米线直径约为50-60 nm,长度分布在200-500 nm。在TiCl4浓度为1-2 mol/L、反应时间6-24h和SDS作为活性剂时反应产物物相均为高纯相R-TiO2。因为四氯化钛水解过程与钛酸四丁酯水解存在一定差异,SDS对R-TiO2微球的物相和形貌没有任何影响。添加有SDS的会在微球表面形成一层有机包覆层,使R-TiO2/PVDF复合材料的界面状态明显发生改变,导致介电常数相比于添加SDS之前明显下降,最高只达到了 25。(3)利用静电纺丝制备出多晶二氧化钛(R-TiO2)纳米线。在相同纺丝电压、纺丝速度和纺丝距离下,用7%-10%浓度的PVP和30%-50%浓度的TBOT纺出二氧化钛纳米线(TiO2)。纺丝产物在800-900℃下烧结,烧结温度达到900℃时、所有产物物相均为高纯R-TiO2。当PVP浓度为7%时,多晶R-TiO2纳米线长径比达到最大,复合材料的介电常数可达到30,相比于颗粒R-TiO2/PVDF复合材料略有提高。(4)金红石二氧化钛纳米棒阵列(R-TiO2阵列)形貌尺寸和性能调控。借助导电玻璃(FTO)作为模板,制备出R-Ti02阵列,物相表征表明阵列均为高纯R-TiO2。控制前驱体浓度变化范围为0.05 mol/L-0.25 mol/L,控制反应温度从120℃升高到180℃以及控制反应时间从2h增加到12h,合成不同尺寸R-TiO2阵列。低温时,高浓度的前驱体更容易生长出长径比较大的R-TiO2阵列;温度升高时,低浓度、反应时间短更容易生长出长径比较大的R-TiO2阵列。所有形貌较好的R-TiO2阵列生长会沿着[001]方向择优生长。由于水热生长过程不可控制,R-TiO2阵列附着力较差,影响复合材料性能,因此,R-TiO2阵列/PVDF复合材料介电常数最高只能达到30。