薄膜的体积电阻率、击穿场强、相对介电常数和介质损耗角正切

壹、PI/纳米Al2O3复合薄膜的体积电阻率：

图4为不同纳米Al2O3含量的PI/纳米Al2O3复合薄膜的体积电阻率。由图4可见，随着纳米Al2O3含量的增加，复合材料的体积电阻率在2%处略有增加，之后逐渐减小。在PI/纳米Al2O3复合体系中，聚酰亚胺为连续相，纳米Al2O3为分散相，该复合材料的体积电阻率与聚酰亚胺、纳米Al2O3以及两相间的界面密切相关。而无论是聚合物或填料由于制造过程的影响会引入许多离子，因此介质中的导电通常是离子为输运载流子。当Al2O3在聚酰亚胺中含量较低时，复合材料中的载流子被纳米粒子表面的大量不饱和键和缺陷捕获，成为束缚电荷，使材料中载流子浓度降低，所以材料的体积电阻率略有升高。当Al2O3在聚酰亚胺中含量超过某一临界值后，纳米Al2O3本身所携带的杂质离子数量不能忽略，再加上颗粒之间距离减小，载流子迁移所需的势垒降低，造成体积电阻率的下降。

贰、击穿场强：

电介质的击穿场强是衡量电介质在电场作用下保持绝缘性能的极限能力，PI/纳米Al2O3复合薄膜的击穿场强与纳米Al2O3填充量之间的关系如图5所示。PI/纳米Al2O3复合材料的击穿场强随着纳米Al2O3填充量的增大而降低。一般来说，电介质的击穿主要发生在材料介电性能最薄弱的环节。对于PI/纳米Al2O3复合材料而言，聚酰亚胺与纳米Al2O3形成的界面为弱点。当纳米Al2O3填充量较大时，材料中存在大量的有机一无机界面，在电压的作用下，容易形成导电通道而造成击穿，因此击穿电压较低。相对而言，纯聚酰亚胺薄膜中不存在这种界面，因此具有较高的击穿场强。此外，纳米Al2O3颗粒引入的杂质离子的浓度也随着填充量的增加而增大，在电场作用下材料内部自由电荷的浓度增大，造成了复合材料击穿场强的下降。

叁、相对介电常数和介质损耗角正切：

图6显示实验温度为室温、实验频率为50Hz下测定的PI/纳米Al2O3复合材料介电常数、介质损耗因数随纳米Al2O3含量变化而变化的关系。该复合材料的介电常数、介质损耗因数随纳米Al2O3含量的增加而增大。PI介电常数为3.0左右，对于PI/纳米Al2O3复合材料来说，纳米Al2O3的引入增加了材料中的极性基团数量，且极性基团的数量随着纳米Al2O3含量的增加而增多。在电场的作用下，这些极性基团使材料的极化强度增加，从而引起相对介电常数的增加。此外，复合材料由于纳米Al2O3的特殊表面效应，在复合材料界面处可能发生了更为复杂的极化形式，也会使材料的极化强度增大。

PI/纳米Al2O3复合材料的介质损耗主要来源于极性基团的松弛损耗和电导损耗。由上述分析可知，复合材料中极性基团在电场的作用下产生一定强度的极化，在去掉电场的瞬间产生极化松弛，从而引起介质的松弛损耗。同时由2.3节的分析可知，复合材料中的导电载流子数量随着纳米Al2O3含量的增加而增加，在交变电场的作用下，引起载流子的迁移，造成介质的热损耗。