Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

диэлектрической проницаемости исследовалась при комнатной температуре в диапазоне частот 0,1—106 Гц. На рисунке 2, а представлена зависимость действительной части диэлектрической проницаемости от частоты для тонких пленок с наполнителем и чистой полистирольной пленки. Увеличение процентного содержания порошка керамики ЦТССт-3 приводит к увеличению величины диэлектрической проницаемости. В исследуемом диапазоне частот дисперсии диэлектрической проницаемости обнаружено не было. Частотные зависимости для толстых пленок имеют аналогичный характер. Зависимость диэлектрической проницаемости от концентрации наполнителя практически линейная. 30 2 0 - 1 0 - 0 е 1 * 3 2 * 4 ** ******. '******************************* ♦ ААаА • А ТТЛ]----1—I I I1111|----1—I II1111|----1—I II inq— -2 ЛП-1 Лп0 лп1 лп2 лп3 лп4 лп5 лп6. 10 10-' 100 10' 102 103 104 105 106f, Гц 1 .0-, 0.8 0.6 0.4­ 0 .2­ 0 .0- е 1 2 3 4 .♦ • * * 1 * •к ■ • г**** * ■■V h v * ♦ ♦ . . , “ '••■■■■■•■■••■шин ..... I—......I—..... .—..... .—..... I—.......—.......—..... .— 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106f, Гц б 5 5 а Рис. 2. Частотная зависимость действительной (а) и мнимой (б) части диэлектрической проницаемости для пленки чистого полистирола (1), композита с содержанием наполнителя 10 % (2); 20 % ( 3 ), 35 % ( 4 ); 50 % (5). Толщина пленок 40-100 мкм Коэффициент диэлектрических потерь имеет сложную зависимость от концентрации наполнителя и от частоты поля. Стоит отметить, что частотные дисперсии для различных пленок имеют как общие черты, так и отличительные особенности. Общие закономерности для зависимостей е"(/): уменьшение коэффициента потерь на низких (менее 100 Гц) и рост на высоких частотах (более 105Гц) при увеличении частоты поля. Для чистого полистирола зависимость е"(/) в диапазоне частот 1-106 Гц представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс. При введении порошка сегнетоэлектрической керамики она начинает испытывать сильную дисперсию (рис. 2, б). Это, по всей видимости, обусловлено тем, что проводимость полистирола мала (10-10-10 -9 Ом-м'1) и слабо зависит от частоты в отличие от проводимости керамики. Дисперсия проводимости керамикиЦТССт-3 выражается в росте электропроводности при увеличении частоты (10'8-10-4Ом-м'1). Также ведет себя проводимость полученных композитных пленок. Таким образом, рост потерь в пленках на высоких частотах связан с увеличением их проводимости, вызванной введением более высокопроводящего наполнителя в полистирол. На низких частотах (меньше 100 Гц) в композитных пленках растут потери при уменьшении частоты. Аналогичное поведение е"(/) характерно для твердых керамических сегнетоэлектриков [2] и связано с поляризацией Маквелла — Вагнера, возникающей на границах зерен керамики. Согласно данным РЭМ, размер частиц порошка наполнителя меньше или равен размерам зерен данной керамики. Также на низких частотах (меньше 1 Гц) дополнительный вклад в диэлектрические потери вносит полимерная матрица: начинаются подвижки молекулярных диполей под влиянием внешнего поля [4, 8]. В случае композита заряды при миграционной поляризации накапливаются на границе раздела полимер — порошок. Сосуществование этих процессов поляризации и их взаимное влияние приводят к наблюдаемому скачкообразному росту потерь: при приложении переменного поля эти медленные процессы не успевают следовать за ним, но время его действия достаточно, чтобы вывести из равновесного положения связанные заряды. В диапазоне частот 100-105Гц величина е" более сложно зависит от частоты и соотношения компонент. Только в районе 100 Гц прослеживается зависимость величины диэлектрических потерь от объемной доли наполнителя: с ростом концентрации наполнителя увеличиваются потери таким образом, что в пленках с содержанием керамики 35 и 50 % появляется максимум на данной частоте. Далее эта зависимость не соблюдается. Отсутствие подобного максимума для керамики ЦТССт-3 и его зависимость от концентрации наполнителя говорят о том, что подобное поведение комплексной диэлектрической проницаемости связано не с тепловой поляризацией сегнетоэлектрического порошка, а с еще одним механизмом миграционной поляризации. При увеличении концентрации наполнителя появляется еще одна неоднородность в композите — граница между частицами порошка. Повторяемость результатов у разных композитных пленок при измерении диэлектрической проницаемости говорит о том, что среднее электрическое поле в гетерогенной системе определяется свойствами наполнителя. На него мало влияет форма и размер частиц и однородность их гранулометрического состава. Следовательно, однородность порошка'наполнителя не влияет на диэлектрическую проницаемость композитных пленок, но существенна для диэлектрических потерь. 513