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介质损耗是由介质的电导和松弛极化引起的。当电介质内部存在电导时,介质会因发热而存在能量消耗;在极化过程中,如果存在着带电基团(离子、电子以及偶极子等)的运动,带电基团就会在电场中吸收能量,然后将这些能量的一部分传递给周围的基团,这样,电磁能转化成热能,也要引起介质发热。介质损耗通常能够导致整个介质的热破坏和化学破坏,长期使用下会导致电介质的失效,甚至引起事故。因此,作为电介质使用的PNCS,必须具有尽量低的介电损耗。
ZJD-87型介电常数介质损耗测试仪
研究表明通过对纳米填充物进行表面处理或选择表面具有绝缘层的纳米填充物可有效控制复合材料的介电损耗。
Kempa等提出了一种有效降低纳米复合材料介电损耗的方法。这种方法的核心是在具有高电导率的碳纳米管/纳米金属等的表面涂覆一层SiO2等电导率很低的绝缘层,如图1,7所示。这样,即不会影响导电填充物对复合材料介电常数的贡献,也不会使他们在聚合物基体内彼此直接接触形成导电通路而增大介质损耗。
与Kempa提出的方法不同,Won等选择了一种表面可钝化的铝作为纳米填充剂,制备了一系列PNCS。铝在干燥的空气中可形成厚度为几纳米的氧化铝钝化层,氧化铝钝化层具有很高的电阻率,是良好的绝缘体。具有钝化层的纳米铝填充的聚合物复合材料作为一类逾渗系统,仍然具有聚合物金属复合材料的高介电常数。由于绝缘边界层限制了铝粒子内电子的运动,可以保证复合材料具有低的介质损耗。
聚合物基体的介质损耗对复合材料的介质损耗也有很大的影响。有些聚合物,如PVDF及偏氟乙烯的共聚物,本身具有很高的介质损耗,他们的复合材料也会具有很大的介质损耗。用这些聚合物制备的复合材料无法应用到电容器、电缆终端等对介质损耗要求比较高的场合。