Полимеры и их диэлектрические свойства

1.

Полимеры и их диэлектрические
свойства
Подготовил: Ахметов Нияз
группа 06-429

2. Введение. Полимеры vs Традиционные диэлектрики

Современная электроника стоит перед ключевым вызовом:
необходимостью совместить высокие диэлектрические
свойства с гибкостью и простотой обработки.
Традиционные керамические диэлектрики, обладая
отличными электрофизическими характеристиками часто
хрупки и энергоемки в производстве.
Полимеры, напротив, гибки и технологичны, но их
диэлектрические свойства часто уступают.
Отличным решением данной проблемы является создание
полимерных нанокомпозитов, которые объединяют лучшие
черты обоих миров.
Данная работа посвящена изучению диэлектрических
свойств полимеров, механизмов их поляризации и
перспективных применений в качестве современных
2
диэлектрических материалов

3. Диэлектрическая проницаемость (ε)

Чем сильнее поляризация
материала в приложенном
поле заданной
напряженности, тем выше
будет диэлектрическая
проницаемость!
3

4. Преимущества полимерных диэлектриков

• Легкость обработки в
тонкие пленки (тлеющий
разряд, УФ излучением и
тд.)
• Химическая стойкость
• Гибкость и малый вес
• Возможность тонкой
«настройки» свойств под
задачу.
4

5. Методы измерения диэлектрических свойств

• Метод параллельных
пластин: Для
нестатических
измерений на
постоянном токе/низкой
частоте.
• Диэлектрическая
спектроскопия: Для
изучения динамики.
На рисунке снизу
изображен спектрометр
Novocontrol, располож. в
здании института физики
КФУ
диэлектрик
5

6. Применение диэлектриков с НИЗКОЙ (ε)

• Изоляция проводов и
кабелей
• Пассирующие слои и
межслойные
диэлектрики в
микропроцессорах(борь
ба с RC-задержками
• Подложки для
высокочастотных
печатных плат(малые
диэлектрические
потери)
6

7. Применение диэлектриков с ВЫСОКОЙ (ε)

Конденсаторы (пленочные конденсаторы)
7

8. Полярные vs Неполярные полимеры

при разных частотах диполям нужно разное время
чтобы выровняться в электриеском поле!
• на низких частотах (очень
низких!) диполям
достаточно времени,
чтобы выровняться.
• на очень высоких диполи
не успевают выровняться
до того, как поле меняет
направление.
• на промежуточных
частотах диполи движутся,
но не успевают завершить
свое движение до того, как
поле меняет направление
и им приходится
перестраиваться в
соответствии с
изменившимся полем.
8

9. Зависимость от частоты

Почему частота переменного тока так важна?
• Значительное
влияние на время
релаксации
диполей на
разных частотах!
• ВАЖНО! Для
неполярных
полимеров ε
постоянна, а для
полярных – резко
падает с ростом
частоты!
9

10. Будущее за композитами!

Нанокомпозиты: объединяем лучшее
• Идея: полимер
(гибкость, обработка) +
неорганический
наполнитель (высокая ε,
термостойкость).
• Примеры
наполнителей: BaTiO₃,
TiO₂, Al₂O₃
• Механизм: создание
перколяционных сетей
для улучшения свойств.
10

11. Заключение

Полимеры предлагают уникальное сочетание
гибкости, технологичности и химической стойкости.
Ограничения накладывают низкая термостойкость и
диэлектрическая проницаемость, но их легко можно
преодолеть созданием нанокомпозитных
материалов. Зависимость дипольной поляризации
от частоты и температуры является мощным
инструментом в изучении полимеров и их
настройки под конкретные нужды. В перспективе,
композиты на основе полимеров позволят
создавать диэлектрики следующего поколения: от
сверхъемких конденсаторов, до высокоскоростных
и эффективных микросхем.
11

12. Спасибо за внимание!

12

13. Список литературы

Milton H P, Electric Capacitor, US Patent 3311801 assigned to Intron International,
NY, Mar 1967
Alfred S C and Charles E W Jr, Electric Capacitor and method of Making the same,
US Patent 3252830 assigned to General Electric Company, NY may 1966
TummalaR. R.RymaszewskiE. J.MicroelectronicsPackaging.Handbook
VanNostrand.ReinholdNew.York1989Chap. I; Numata S, Fujisaki K. Makino D and
Kinjo N. Proceedings of the 2nd Technical Conference on Polyimides, Society of
Plastic Engineers, Inc., October 1985, Ellenville, New York, 164
RanjanV.YuL.NardelliM. B.BernholcJ.PhaseEquilibria.inHigh.Energy-BasedDensity. P.
V. D. F.PolymersPhys.Rev. Lett. 2007
XieS. H.ZhuB. K.LiJ. B.WeiX. Z.XuZ.
K.Preparationpropertiesof.polyimide/aluminumnitride.compositesPolymer Testing,
2004
LiuL.LiangB.WangW.LeiQ.Preparation of polyimide/inorganic nanoparticle hybrid
films by sol-gel method. Journal of Composite Materials, 2006
LiH.LiuG.LiuB.ChenW.ChenS.Dielectricproperties.ofpolyimide.AlO.hybridssynthesiz
ed.byin-situ.polymerizationMaterials Letters, 2007
WangS. F.WangT. R.ChengK. C.HsaioY.
P.Characteristicsof.polyimidebarium.titanatecomposite.filmsCeramics.International
.2009
13