● 摘要
随着电子设备趋向小型化、便捷化和多功能化方向的发展，电子封装技术已经进入高密度的系统级封装阶段。系统级封装就对制备电容器的关键材料提出具有更高介电常数和加工性能的要求，以节省线路板空间和提高储能密度。在聚合物中，聚偏氟乙烯（PVDF）因为具有多晶态性和高介电常数（一般为8-10）而获得广泛关注，在薄膜电容器领域具有很大的应用和研究价值。然而纯PVDF的介电常数还不足以满足电容器需要。鉴于此，本文基于渗流理论制备高介电常数的石墨烯/聚偏氟乙烯复合材料，通过PVDF微结构的调控和石墨烯的表面修饰，使所研制的PVDF基介电复合材料能够成为嵌入式无源电容器的理想材料。
本文首先对PVDF的微结构进行调控。利用溶液涂膜法制备β相PVDF薄膜，通过改变前驱体溶液浓度、处理时间以及热压工艺调控PVDF的晶型结构，研究不同制备工艺对PVDF晶型的变化以及介电性能产生的影响。通过FTIR、XRD、DSC和SEM对所制样品进行测试，分析不同调控条件对PVDF晶型结构形成的影响及制备β-PVDF的最佳参数条件；通过阻抗分析仪测试样品介电性能，分析晶型变化对介电性能的影响。发现前驱体溶液浓度、搅拌时间和热压工艺对PVDF的晶型结构都有显著的影响；前驱体溶液搅拌时间的增加、溶液浓度的增加以及热压都利于β相PVDF的形成，在前驱体溶液浓度7%，搅拌时间2h的条件下得到最大β相含量，为81.3%。通过调控PVDF的微结构，获得了介电常数大幅提高的PVDF，100Hz介电常数最大可达到到110。
以调控后的PVDF为基体，分别以氧化石墨烯和石墨烯为添加相，通过溶液混合法制备部分还原的P-RGO/PVDF和RGO/PVDF复合材料。部分还原的石墨烯因含氧官能团的存在改善其在基体中的分散性同时也会作为阻挡层，通过抑制载流子的自由移动达到降低介电损耗的目的。通过石墨烯分散性的改善和基体PVDF晶相结构的调控实现提高材料介电性能的目的。复合材料的介电常数随GO添加量的增多而增大，GO添加量仅为质量分数0.5%时，100Hz下复合材料介电常数最高可达27，是纯PVDF的3倍。