聚合物纳米复合材料电介质

聚合物纳米复合电介质材料

摘要：综述了聚合物基纳米复合材料的概念、产生、分类、制备方法以及聚合物基纳米复合材料的性能及应用，对聚合物基纳米复合材料的应用前景作了简要地分析，并提出发展过程中需解决的问题

关键词：聚合物纳米复合材料类型制备方法

聚合物纳米复合材料可以定义为通过一定方式在聚合物基体中引入至少在一个维度上是纳米尺度的填充物所组成的材料[1]。由于该材料在力学、热学、光学、电磁学、生物学等方面具有特殊性能，被誉为“21世纪最有前途的材料”，正在成为材料科学研究的热点而日益受到关注。

1 聚合物基纳米复合材料的分类

1.1 聚合物/无机纳米粒子复合材料

将纳米粒子（如SiO2、CaCO3和TiO2等）均匀分散于聚合物基体中，可制得聚合物/无机纳米粒子复合材料。此类材料国内外研究较多，德国、美国、日本等对纳米CoSb3、SiO2、Al2O3、TiO2、Fe3O4以及纳米炭黑分别进行了接枝研究。日本松下电器公司已经研制成功树脂基纳米氧化物复合材料，其静电屏蔽性能优于常规树脂/炭黑复合材料。

1.2 聚合物/聚合物纳米复合材料

以聚合物为分散相，同时以另一聚合物为基体，使两者达到纳米级分散，得到纳米复合材料。它以聚合物代替了纳米级无机粒子，同时具有聚合物基纳米复合材料的性能。

1.3 聚合物/无机混杂物纳米复合材料

将无机混杂物，如蒙脱土(MMT)、高岭土等先研磨，使其粒子细化后，通过层间插入或其他方法使其均匀分散于聚合物基体中，最后，无机混杂物剥离成纳米级的碎片均匀分散于聚合物中，形成聚合物/无机混杂物纳米复合材料。此类材料也是聚合物基纳米复合材料的一大类别[2]。

2 聚合物纳米复合材料的制备方法

在聚合物纳米复合材料的制备中，如何解决聚合物纳米复合中纳米颗粒的分散问题一直备受关注，已成为纳米复合材料技术的重要内容。

2.1共混法

(1)直接分散法。该法同通常熔融共混类似,利用双辊混炼设备或单(双)螺杆挤出机等加工设备将纳米颗粒与聚合物进行熔融共混。

(2)溶液共混法。把聚合物基体或单体溶解于适当的溶剂中,然后加入纳米颗粒,利用搅拌或使用超声分散的方法使纳米粒子均匀分散于溶液中,最后浇铸成膜或在模具中浇铸,除去溶剂或使之聚合获得样品。

2.2插层复合法

插层复合法是目前制备聚合物纳米复合材料的主要方法。它以层状无机物作为主体，将作为客体的有机单体插入无机物夹层间，原位聚合或聚合物直接插进夹层间形成复合物，是当前材料科学领域研究的热点，主要用于有机聚合物和无机硅酸盐纳米复合材料的制备[9]。

2.3溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法为在聚合物存在的前提下，在共溶体系中使前聚合物水解，得溶胶，进而凝胶化，干燥制成纳米复合材料。

2.4原位生成法

它的基本原理是将基体与金属离子(M+)预先混合组成前驱体,金属离子在聚合物网络中均匀稳定地分散,然后暴露在对应组分(如S2-、Se2-)气体或溶液中,就地反应生成粒子。

2.5化学接枝法

这种方法就是利用无机纳米材料的表面基团,使之与聚合物相产生化学键接,形成接枝复合物[3]。

3 聚合物基纳米复合材料的性能及应用

3.1 力学性能

许多聚合物基纳米材料有优越的力学性能。纳米粒子的加入明显改善了许多材料的韧性和强度。

3.2 电学性能

许多聚合物基纳米材料有较好的电学性能，将绝缘高聚物、导电高聚物和高聚物电解质等与绝缘体、半导体、离子导体等不同电学特性的层状无机物复合，制得的高聚物/无机物层插型纳米复合材料具有多种新的电学性能，可以作电气、电子及光电产品的材料。

3.3 阻燃性能

以聚磷酸铵(APP) 对木粉-HDPE 复合材料(WF-HDPE)进行阻燃处理，实验结果表明，在35kW/m2热辐射流量下，APP 添加量达到15%时，WF-HDPE 燃烧热释放速率(RHR)峰值和总热释放量(THR)均降低约50%、成炭率提高150%，表现出显著的阻燃作用。

3.4 光学性能

许多聚合物基纳米材料有很好的光学性能和非线性光学性能，如聚合物复合ZnS:Cu 纳米微粒，由于铜的掺杂，其光致发光峰位相对于纯ZnS微粒左移，得到具有较窄带宽的紫色光致荧光，实现了聚合物基纳米复合材料的电致发光；金属、铁氧体等纳米粒子与高聚物形成复合材料，能够吸收和衰减电磁波和声波，减少反射和散射，在电磁隐身和声波隐身方面有重要应用。

4 展望

近年来，全球纳米复合材料市场发展迅速，在一些领域获得广泛应用。纳米材料的加入,既可以提高聚合物的力学、热学等性能,又能发挥纳米材料在电、磁等方面的优越性。纳米材料还可以改善聚合物的介电性能,提高聚合物的介电常数,增加以聚合物为储能单元的电容器的储能密度,还能够提高聚合物材料的使用寿命,保障电力电子设备的安全运行[4]。但在高速发展的同时，这种材料还面临三大挑战。一是技术产业化问题。纳米材料属于高科技产品，技术研发都是在大学或者研究所的实验室中进行的。从实验室的技术到实现规模生产还需要解决许多技术上的问题，如剥离、纯度和分散。二是资本投资问题。技术和创新是聚合物纳米复合材料市场的主要竞争优势，谨慎的投资策略才可能造就成功。三是技术挑战问题。不同的纳米复合材料面临不同的技术挑战。只有突破这些难点，才能扩大纳米复合材料的市场潜力[5]。

参考文献

[1] 黄兴溢江平开金天雄柯清泉, 聚合物纳米复合电介质, 2007 ,11-1776207

[2] 聚合物纳米复合材料的研究进展，武卫莉，李海平，2009 04-0071-05

黄明福，聚合物/MMT 纳米复合材料的结晶性能[J].材料科学与工艺, 2008,16(4):502-505. [3] 吴捷杨楠吴大青, 聚合物基纳米复合材料的制备方法及其性能评述, (1·黑龙江科技学院,哈尔滨; 2·中国计量学院,杭州，2009 ，06-040-03

[4] 聚合物纳米复合材料实现[J], TECHNOLOGY AND MARKET, 2009, V ol.16,No.3

[5] 王昕,聚合物纳米复合材料高速发展可期, 中国化工报,2008 ,国际化工

《电磁场理论与电磁波》课后思考题

《电磁场理论与电磁波》课后思考题 第一章 P30 1.1 如果u r u r u r u v g g A B =A C ，是否意味着u r u v B =C ？为什么？ 答：否。 1.2 如果??u r u r u r u v A B =A C ，是否意味着u r u v B =C ？为什么？ 答：否。 1.3 两个矢量的点积能是负的吗？如果是，必须是什么情况？ 答：能。当两个矢量的夹角θ满足(,]2 πθπ∈时。 1.4 什么是单位矢量？什么是常矢量？单位矢量是否是常矢量？ 答：单位矢量：模为1的矢量； 常矢量：大小和方向均不变的矢量（零矢量可以看做是特殊的常矢量）； 单位矢量不一定是常矢量。例如，直角坐标系中，坐标单位矢量,,x y z e e e r r r 都是常矢 量；圆柱坐标系中，坐标单位矢量,ρφe e r r 不是常矢量，z e r 是常矢量；球坐标系中， 坐标单位矢量,,r θφe e e r r r 都不是常矢量。 1.5 在圆柱坐标系中，矢量ρφz a b c =++u r r r r A e e e ，其中a 、b 、c 为常数，则u r A 能是常矢量 吗？为什么？ 答：否。因为坐标单位矢量,ρφe e r r 的方向随空间坐标变化，不是常矢量。 1.6 在球坐标系中，矢量cos sin r θa θa θ=-u r r r A e e ，其中a 为常数，则u r A 能是常矢量吗？为什么？ 答：是。对cos sin r θa θa θ=-u r r r A e e 转换为直角坐标系的表示形式，化简可得22(cos sin )z z a θθe ae ==+=u r r r L A 。 1.7 什么是矢量场的通量？通量的值为正、负或0分别表示什么意义？ 答：通量的概念：d d d n S S ψψF S F e S ==?=????r r r r （曲面S 不是闭合） d d n S S F S F e S =?=???r r r r 蜒ψ（曲面S 是闭合） 通过闭合曲面有 净的矢量线穿出S 内有正通量源 <ψ有净的矢量线进入，S 内有负通量源 进入与穿出闭合曲 面的矢量线相等，S 内没有通量源 1.8 什么是散度定理？它的意义是什么？ 答：散度定理：d d S V F S F V ?=????r r r ? 意义：面积表示的通量=体积表示的通量 1.9 什么是矢量场的环流？环流的值为正、负或0分别表示什么意义？ 答：环流的概念：Γ(,,)d C F x y z l =??r r ? 环流的值为正、负或0分别表示闭合曲线C 内有正旋涡源、负旋涡源和无旋涡源。 1.10什么是斯托克斯定理？它的意义是什么？斯托克斯定理能用于闭合曲面吗？

高K栅介质材料的研究进展

高K栅介质材料的研究进展 摘要：对于纳米线宽的集成电路, 需要高介电常数( 高k) 的栅极介质材料代替二氧化硅以保持一定的物理厚度和优良的漏电性能. 这些栅极候选材料必须有较高的介电常数, 合适的禁带宽度, 与硅衬底间有良好界面和高热稳定性. 此外, 其制备加工技术最好能与现行的硅集成电路工艺相兼容. 本文阐述了选择高k 栅介质材料的基本原则, 介绍了典型高k 栅介质材料性能, 并展现了引入高k 栅介质材料存在的问题. 关键词: 高k 栅介质金属氧化物 HfO2 1.传统晶体管结构及瓶颈 20世纪80年代以来，CMOS集成电路的快速发展大大促进了硅基微电子工业的发展，使其在市场的份额越来越大。而CMOS集成电路的快速发展又是得益于其电路基本单元——场效应管尺寸的缩小。场效应管尺寸缩小的关键因素就是作为栅介质层的二氧化硅（SiO2）膜厚的减小。二氧化硅的作用是隔离栅极和硅通道。作为栅介质层，二氧化硅有很多优点，如热和电学稳定性好，与硅的界面质量很好以及很好的电隔离性能等。但是随着器件尺寸的不断缩小，二氧化硅的厚度被要求减到2nm以下，随之产生了许多问题 例如：1、漏电流的增加，对于低功率器件，这将是不能忍受的，而事实上，现在低功率器件的市场需求却越来越大 2、杂质扩散。栅极、二氧化硅和硅衬底之间存在杂质的浓度梯度，所以杂质会从栅极中扩散到硅衬底中或者固定在二氧化硅中，这会影响器件的阈值电压，从而影响器件的性能。当二氧化硅的厚度减小时，杂质就更容易从栅极中扩散到硅衬底中。 所以，有必要寻求一种新的栅介质层来替代二氧化硅。从以上两个存在的问题可以看出，为了减小漏电流和降低杂质扩散，最直观的方法就是增加栅介质层的厚度，但是为了保持介质层的电容不变，新的栅介质层的介电常数必须比二氧化硅要大，而且介质层的介电常数越大，膜的厚度就可以越大，因此我们引入了高K介质。 2.高k 栅介质材料要求 ( 1) 高介电常数k.高介电常数k 能维持驱动电流, 减小漏电流密度. ( 2) 较大的禁带宽度. ( 3) 与Si 导带间的偏差大于1eV. ( 4) 在Si 衬底上有良好的热力学稳定性, 生产工艺过程中尽量不与Si 发生反应, 并且相互之间扩散要小. ( 5) 与Si 界面质量应较好.新型栅介质材料与Si 之间的界面, 界面态密度和缺陷密度要低, 尽量接近于SiO2 与Si 之间的界面质量, 以削弱界面电子俘获和载流子迁移率降低造成的影响。 ( 6) 非晶态结构.非晶结构栅介质材料是各向同性的, 不存在晶粒间界引起漏电流增大的现象,且较容易制备, 是新型栅介质材料的理想结构。 3 高k 材料的选择 最有希望取代SiO2 栅介质的高k 材料主要有两大类: 氮化物和金属氧化物. 3.1 氮化物 氮化物主要包括Si3N4, SiON 等.Si3N4 介电常数比SiO2 高, 作栅介质时漏电流比SiO2 小几个数量级, Si3N4 和Si 的界面状态良好, 不存在过渡层.但Si3N4 具有难以克服的硬度和脆性, 在硅基片上的界面态密度为1.2×1012eV- 1cm- 2, 因此Si3N4 并非理想的栅介质材料.超薄SiOxNy 可代替SiO2 作为栅介质, 这主要是由于SiOxNy 的介电常数比SiO2 要高, 在相同的 等效栅氧化层厚度下, SiOxNy 的物理厚度大于SiO2, 漏电流有所降低.在SiO2- Si 界面附近含有少量的氮, 这可以降低由热电子引起的界面退化, 而且氮可以阻挡硼的扩散. 东芝

复合材料的界面改性

界面及界面改性方法 界面结合强度低，则增强纤维与基体很容易分离，在材料的断面可观察到脱粘、纤维拔出、纤维应力松弛等现象，起不到增强作用；但界面结合强度太高，则增强纤维与基体之间应力无法松弛，形成脆性断裂。 在研究和设计界面时，不应只追求界面粘结而应考虑到最优化和最佳综合性能。 1、聚合物基复合材料界面 界面结合有机械粘接与润湿吸附、化学键结合等。 大多数界面为物理粘结，结合强度较低，结合力主要来自如色散力、偶极力、氢键等物理粘结力。 偶联剂与纤维的结合（化学反应或氢键）也不稳定，可能被环境（水、化学介质等）破坏。一般在较低温度下使用，其界面可保持相对稳定。增强剂本身一般不与基体材料反应。 聚合物基复合材料界面改性原则： 1）在聚合物基复合材料的设计中，首先应考虑如何改善增强材料与基体间的浸润性。一般可采取延长浸渍时间，增大体系压力、降低熔体粘度以及改变增强体织物结构等措施。２）适度的界面结合强度 ３）减少复合材料中产生的残余应力 ４）调节界面内应力和减缓应力集中 聚合物基体复合材料改性方法 １、颗粒增强体在热塑性聚合物基体加入两性相溶剂(增容剂)，则能使液晶微纤与基体间形成结合良好的界面 ２、纤维增强体复合材料界面改善 a)纤维表面偶联剂 b)涂覆界面层 c)增强体表面改性 2、金属基复合材料界面 金属基体在高温下容易与增强体发生不同程度的界面反应，金属基体多为合金材料，在冷却凝固热处理过程中还会发生元素偏聚、扩散、固溶、相变等。 金属基复合材料界面结合方式有化学结合、物理结合、扩散结合、机械结合。总的来讲，金属基体复合材料界面以化学结合为主，有时也会出现几种界面结合方式共存。 金属基体复合材料的界面有3种类型：第一类界面平整、组分纯净，无中间相。第二类界面不平直，由原始组分构成的凸凹的溶解扩散型界面。第三类界面中含有尺寸在亚微米级的界面反应物。多数金属基复合材料在制备过程中发生不同程度的界面反应。 金属基复合材料的界面控制研究方法： 1）对增强材料进行表面涂层处理在增强材料组元上预先涂层以改善增强材料与基体的浸润性，同时涂层还应起到防止发生反应的阻挡层作用。 2）选择金属元素改变基体的合金成分，造成某一元素在界面上富集形成阻挡层来控制界面反应。尽量避免选择易参与界面反应生成脆硬界面相、造成强界面结合的合金元素 3）优化制备工艺和参数金属基体复合材料界面反应程度主要取决于制备方法和工艺参数，因此优化制备工艺和严格控制工艺参数是优化界面结构和控制界面反应的有效途径。 3、陶瓷基复合材料的界面 陶瓷基体复合材料指基体为陶瓷材料的复合材料。增强体包括金属和陶瓷材料。界面结合方式与金属基体复合材料基本相同，有化学结合、物理结合、机械结合和扩散结合，其中以化学结合为主，有时几种结合方式同时存在。 陶瓷基体复合材料界面控制方法

高介电系数电介质材料的研究现状及发展

高介电系数电介质材料的研究现状及发展 摘要：随着信息、电子和电力工业的快速发展，以低成本生产具有高介电常数损耗的聚合物基复合材料成为行业关注的热点。因此，研究具有高介电常数的聚合物基复合材料具有十分重要的学术意义和实用价值。高介电常数的聚合物基电介质材料无论是在电力工程，还是在微电子行业都具有十分重要的作用。研究以纳米和微米尺度的高介电常数的制品，采用特殊的工艺制备了高介电常数的聚合物基纳米功能电介质复合材料。研究了制备工艺、添加物含量、以及微米/纳米等因素对复合电介质材料介电性能的影响。以及利用碳纳米管掺杂聚合物制备柔性高介电常数复合材料的研究现状。 关键词：高介电性能复合材料碳纳米管聚合物介电损耗 1电介质材料的应用领域 碳纳米管由于其独特的力学、磁学、电学等性能，在电介质材料领域其应用已涉及电极材料、纳米电子器件、复合材料等多方面逐渐形成了材料界和凝聚态物理界的前沿和热点。其中，具有高介电常数的聚合物基复合材料更是受到广泛的关注。这是因为，在电气工程领域，这类复合材料具有高介电常数、低密度以及易于低成本加工等优点，因此既可用作高储能密度电容器的介质材料，也可用作高压电缆均化电场的应力锥材料。在微电子领域，通过选择合适的聚合物基体，可以在印制电路板上快速大规模的制备高电容的嵌入式微电容器，这种高电容的微电容器可以保证集成电路的高速和安全运行。在微机电和生物工程领域，这类高介电常数柔性复合材料可被用于人工肌肉和药物释放智能外衣材料等。通常，提高聚合物基复合材料介电常数的方法主要是，将高介电常数的陶瓷粉末利用特殊的复合工艺添加到聚合物基体中形成。 2聚合物基复合体系的介电性 聚合物基复合体系的介电性能依赖于各组分材料的物理性质、复合材料的制备工艺、填料与聚合物间的表面与界面以及介电常数增加的机理等，特别是利用渗流效应提高材料的介电常数时，填料的形状和尺寸会大大影响复合材料的介电性能。如多壁碳纳米管（MWNT）改性前后填充的聚合物基复合材料的介电性能为主要内容，对引起复合材料介电性能和渗流阈值的差异进行了比较详细地分析。同时，基于研究的结果，展望了这类材料的未来发展动向。近年来，具有良好的压电和热电效应的柔性聚合物材料受到关注，特别是具有铁电性能的含氟聚合物。但是，在这些材料的一些应用领域（例如高储能电容器等），要求聚合物具有高的介电常数。由于这类材料本身的介电常数较高（接近10），所以选用PVDF作为基体材料，制备碳纳米管填充的复合材料，并研究复合材料的形貌、晶体结构和介电性能等。 3高介电常数高分子复合材料的研究进展

聚合物基纳米复合材料研究进展

聚合物基纳米复合材料研究进展 摘要: 针对聚合物基纳米复合材料的某些热点和重点问题进行了总结和评述，并讨论了碳纳米管、石墨烯及纳米增强界面等以增强为主的纳米复合材料的研究状况和存在的问题；系统地评述了纳米纸复合材料、光电纳米功能复合材料以及纳米智能复合材料等以改善功能的纳米功能复合材料的研究动态。 关键词 : 复合材料；纳米材料；聚合物；功能材料 引言 复合材料作为材料大家族中的重要一员，已经深入到人类社会的各个领域，为社会经济与现代科技的发展作出了重要贡献。复合材料科学与技术的发展经历了从天然复合材料到人工复合材料的历程，而人工复合材料的诞生更是材料科学与技术发展中具有里程碑意义的成就。20 世纪 50 年代以玻璃纤维增强树脂的复合材料(玻璃钢)和 20 世纪 70 年代以碳纤维增强树脂的复合材料(先进复合材料) 是两代具有代表性的复合材料。这两代材料首先在航空航天和国防领域得到青睐和应用，后来逐渐扩大到体育休闲、土木建筑、基础设施、现代交通、海洋工程和能源等诸多领域，使得复合材料的需求越来越强烈，作用越来越显著，应用领域越来越广泛，用量也越来越多，而相应的复合材料科学与技术也在不断地丰富和发展。随着纳米技术的出现和不断发展，纳米复合材料已经凸显了很多优异的性能，从一定意义上有力地推进了新一代高性能复合材料的发展。纳米化与复合化已经成为新材料研发和推动新材料进步的重要手段和发展方向。 纳米复合材料是指以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的颗粒、纤维、纳米管等为分散相，通过合适和特殊的制备工艺将纳米相均匀地分散在基体材料中，具有特殊性能的新型复合材料。本研究的重点是讨论聚合物基纳米复合材料的研究概况，系统介绍利用碳纳米管、石墨烯、碳纳米纸、纳米界面改性等提升和改善复合材料力学性能及物理性能的机理与作用。 1 纳米增强复合材料 纳米复合材料的性能依据其基体材料和纳米增强相种类的不同而差异巨大，因此提高力学性能是纳米复合材料研究领域中最具代表性的研究工作之一。纳米相对聚合物基体的力学性能改性主要包括强度、模量、形变能力、疲劳、松弛、蠕变、动态热机械性能等。 1.1 碳纳米管纳米复合材料 碳纳米管是由碳原子形成的石墨片层卷成的无缝、中空管体，可依据石墨片层的数量分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。由于纳米中空管及螺旋度共同作用，碳纳米管具有极高的强度和理想的弹性，其弹性模量甚至可达1.3 TPa，与金刚石

电磁场与电磁波第二章静电场中的导体和电介质

第二章 静电场中的导体和电介质一、 选择题 1、 一带正电荷的物体M ，靠近一不带电的金属导体N ，N 的左端感应出负电荷，右端感应出正电荷。若将N 的左端接地，则： A 、 N 上的负电荷入地。 B 、N 上的正电荷入地。 C 、N 上的电荷不动。 D 、N 上所有电荷都入地 答案：B 2、 有一接地的金属球，用一弹簧吊起，金属球原来不带电。若在它的下方放置一电量为q 的点电荷，则： A 、只有当q>0时，金属球才能下移 B 、只有当q<0是，金属球才下移 C 、无论q 是正是负金属球都下移 D 、无论q 是正是负金属球都不动 答案：C 3、 一“无限大”均匀带电平面A ，其附近放一与它平行的有一定厚度的“无限大”平面导体板B ，已知A 上的电荷密度为σ+， 则在导体板B 的两个表面1和2上的感应电荷面密度为： A 、σσσσ+=-=21, B 、σσσσ2 1,2121 +=-= C 、σσσσ2 1 ,2121 -=-= D 、0,21 =-=σσσ 答案：B 4、 半径分别为R 和r 的两个金属球，相距很远。用一根细长导线将两球连接在一起并使它们带电。在忽略导线的影响下，两球表 面的电荷面密度之比r R σσ为： A 、r R B 、2 2 r R C 、2 2 R r D 、R r 答案：D 5、 一厚度为d 的“无限大”均匀带电导体板，电荷面密度为σ，则板的两侧离板距离均为h 的两点a, b 之间的电势差为（） A 、零 B 、 2εσ C 、 0εσh D 、0 2εσh 答案：A 6、 一电荷面密度为σ 的带电大导体平板，置于电场强度为0E ?（0E ?指向右边）的均匀外电场中，并使板面垂直于0E ?的方向， 设外电场不因带电平板的引入而受干扰，则板的附近左右两侧的全场强为（） A 、0000 2,2εσ εσ+- E E B 、0000 2,2εσ εσ++ E E C 、0 000 2,2εσεσ-+ E E D 、0 000 2,2εσεσ-- E E 答案：A 7、 A ，B 为两导体大平板，面积均为S ，平行放置，A 板带电荷+Q 1，B 板带电荷+Q 2，如果使B 板接地，则AB 间电场强度的大

High-K和Low-K电介质材料

High-K和Low-K电介质材料 不同电介质的介电常数k 相差很大，真空的k 值为1，在所有材料中最低；空气的k值为1.0006；橡胶的k值为2.5～3.5；纯净水的k值为81。工程上根据k值的不同，把电介质分为高k(high-k)电介质和低k(low-k)电介质两类。介电常数k ＞3.9 时，判定为high-k；而k≤3.9时则为low-k。IBM将low-k标准规定为k≤2.8，目前业界大多以2.8作为low-k电介质的k 值上限。 一、High-K电介质材料 随着集成电路的飞速发展，SiO2作为传统的栅介质将不能满足MOSFET，器件高集成度的要求，需要一种新型High-k材料来代替传统的SiO2。[1]所谓High-K电介质材料，是一种可取代二氧化硅作为栅介质的材料。它具备良好的绝缘属性，同时可在栅和硅底层通道之间产生较高的场效应（即高-K）。两者都是高性能晶体管的理想属性。 High-K电介质材料应满足的要求：：(1) 高介电常数,≤50 nm CMOS 器件要求k >20；(2)与Si 有良好的热稳定性；(3)始终是非晶态，以减少泄漏电流； (4)有大的带隙和高的势垒高度，以降低隧穿电流；(5) 低缺陷态密度/ 固定电荷密度，以抑制器件表面迁移率退化。[2] 最有希望取代SiO2栅介质的高K材料主要有两大类：氮化物和金属氧化物。 1.氮化物 氮化物主要包括Si3N4，SiON等。Si3N4介电常数比SiO2高，作栅介质时漏电流比SiO2小几个数量级，Si3N4和Si的界面状态良好，不存在过渡层。但Si3N4具有难以克服的硬度和脆性，因此Si3N4并非理想的栅介质材料。 超薄SiOxNy可代替SiO2作为栅介质，这主要是由于SiOxNy的介电常数比SiO2要高，在相同的等效栅氧化层厚度下，SiOxNy的物理厚度大于SiO2，漏电流有所降低。在SiO2-Si界面附近含有少量的氮，这可以降低由热电子引起的界面退化，而且氮可以阻挡硼的扩散。东芝公司2004年采用SiO2作为栅介质，多晶硅为栅极，试制成功等效氧化层厚度（EOT）为1nm的符合22nm工艺要求的

聚合物基纳米复合材料的结构与性能研究

聚合物基纳米复合材料的结构与性能研究 摘要：聚合物的结构与性能是材料科学研究的重点。通过改变或优化材料的结构，而得到性能更为优越的材料也一直是人们的研究方向，随着研究的不断深入，所采取的方法也越来越为多元化，其中，在高分子聚合物材料中引入纳米结构就是材料改型的一种办法。以下对聚合物基纳米复合材料的结构和性能的研究作一总结。分析了由插层复合法、溶胶一凝胶法和纳米微粒直接共混法制备的聚合物基纳米复合材料的结构和性能的紧密联系。 关键词：高分子聚合物；纳米材料；结构；性能 1、引言 1.1高分子聚合物材料概述[1] 材料是各门科学技术应用和发展的基础和载体。按照传统的分类，可将材料分为金属、半导体、陶瓷和有机高分子材料，而在科学技术迅速发展的今天，与其它材料相比，聚合物材料的研究与应用呈现非常快的增长趋势，有着广阔的发展前景。 聚合物材料作用和功能的发挥，与它的结构有着密切的关系。为了合成具有指定性能的高分子材料，人们总是从化学结构开始设想，为了改进高分子材料的某种性能，人们也总是首先从改变其结构入手。无数的事实表明：人们无时无刻不在利用高聚物结构与性能间的关系，根据需要选择高分子材料，改性高分子材料，创造高新的高分子材料。高聚物结构与性能间的关系是高分子材料设计的基础，同时也是确定高分子材料加工成型工艺的依据。 对于实际应用中的高分子材料或制品，有的时候它们的高级结构，如相态结构和聚集态结构，对高分子材料、尤其是高分子功能材料的影响更为明显，并且其使用性能直接决定于加工成形过程中的聚集态结构，因此对高分子聚集态结构的研究有着重要的理论意义和实际意义。了解高分子聚集态结构特征、形成条件及其与材料性能之间的关系，对于获得具有理想性能的材料是必不可少的，同时也可为新型高聚物材料的物理改性和材料设计提供科学的依据。 高分子聚合物的结构主要包括高分子链结构和聚集态结构。高分子链结构分为近程结构和远程结构，近程结构包括化学组成、单体单元的键合（键合方式、序列）、高分子的构型（结构单元空间排列）、单个高分子链的键接（交联与支化）。远程结构包括高分子的大小（分子量及其分布）、高分子链的尺寸（末端距、旋转半径）、高分子的形态（构象、柔性、刚性）。高分子的聚集态结构包括晶态、非晶态、取向态、液晶态、织态等。 高分子结构特点主要有五点：①链式结构②链的柔顺性③不均一性（多分散性）④聚集态结构的复杂性。⑤交联网状结构。聚集态结构是决定高分子材料使用性能的直接因素，交联程度对橡胶弹性体或热固性聚合物这类材料的力学性能有重要影响。除了一级结构，即分子链的化学结构，还有其高级结构，即高聚物在宏观上体现为若干高分子链以一定的规律堆集形成的状态，这种高分子链之间的排列和堆砌结构称为聚集态结构。高分子的链结构影响高分子的运动方式和堆砌方式，凝聚态结构将直接影响材料的力学、光学、热学、声学、电学等使用性能。经验证明：即使有同样链结构的同一种高聚物，由于加工成型条件不同，制品性能也有很大差别。例如：缓慢冷却的PET（涤纶片）是脆性的；迅速冷却，双轴拉伸的PET（涤纶薄膜）是韧性很好的材料。 对于高分子材料来讲，它具有密度小、强度高，易加工等优良性能，并且易于通过化学和物理方法进等行改性特性而拓展其应用范围。

高k材料(精品文档)

高k栅介质材料研究 黄玲10092120107 摘要 在传统的MOSFET中，栅介质材料大部分采用二氧化硅，因为SiO2具有良好的绝缘性能及稳定的二氧化硅—硅衬底界面。然而对于纳米线宽的集成电路，需要高介电常数（高k）的栅极介质材料代替二氧化硅以保持优良的漏电性能。这些栅极候选材料必须有较高的介电常数，合适的禁带宽度，与硅衬底间有良好界面和高热稳定性。此外，其制备加工技术最好能与现行的硅集成电路工艺相兼容。 关键字：高介电常数；MOSFET； 1.引言 过去的几十年中，SiO2容易在硅表面氧化生长，工艺简，单热稳定性好，作为栅介质材料，是一种非常重要的绝缘材料。但随着集成电路规模的不断增大，需要减小器件的特征尺寸。对于给定的电压，增加电容量有两种途径:一种是减小栅绝缘层的厚度，一种是增加绝缘层的介电常数。对于SiO2来说，由于其介电常数较小，只有3. 9 ，当超大规模集成电路的特征尺寸小于0. 1μm时，SiO2绝缘层的厚度必须小于2nm ，这时，无法控制漏电流密度。而且，当SiO2薄膜的厚度小于7nm 时，很难控制这么薄SiO2薄膜的针孔密度。另外SiO2难以扩散一些电极掺杂物，比如硼。薄氧化层带来的另一个问题是，因为反型层量子化和多晶硅栅耗尽效应的存在，使等效电容减小，导致跨导下降。因此，有必要研究一种高介质材料（又叫高- k 材料）来代替传统的SiO2。 2.1传统晶体管结构的瓶颈及转变方向 进入21 世纪以来集成电路线宽进一步缩小，SiO2栅介质层厚度成为首个进入原子尺度的关键参数，由公式 C=ε *ε0* A/Tox， 为了保证CMOS 晶体管的功能特性，增大C，最直接的做法是降低二氧化硅的厚度Tox，然而当Tox很小时会产生以下问题: （1）漏电流增加，使MOSFET功耗增加。（2）杂质扩散更容易通过SiO2栅介质薄膜，从栅极扩散到衬底，影响MOSFET参数，如阈值电压（3）因为反型层量子化和多晶硅栅耗尽效应的存在，使等效电容减小，导致跨导下降。（4）当SiO2栅介质薄膜做到很薄时，难以控制SiO2薄膜的针孔密度。（5）制作如此薄的SiO2栅介质在工艺上很难做到。 于是，在不能再减小Tox的情况下，研究方向转为增大ε，由于SiO2介电常

聚合物基复合材料精彩试题

第一章 聚合物合金的概念、合金化技术的特点？ 聚合物合金：有两种以上不同的高分子链存在的多组分聚合物体系 合金化技术的特点:1、开发费用低，周期短，易于实现工业化生产。2、易于制得综合性能优良的聚合物材料。3、有利于产品的多品种化和系列化。 热力学相容性和工艺相容性的概念？ 热力学相容性：达到分子程度混合的均相共混物，满足热力学相容条件的体系。 工艺相容性：使用过程中不会发生剥离现象具有一定程度相容的共混体系。 如何从热力学角度判断聚合物合金的相容性？ 1、共混体系的混合自由能（ΔG M ）满足ΔG M =ΔH M -TΔS M <0 2、聚合物间的相互作用参数χ 12 为负值或者小的正值。 3、聚合物分子量越小，且两种聚合物分子量相近。 4、两种聚合物的热膨胀系数相近。 5、两种聚合物的溶度参数相近。 *思考如何从改变聚合物分子链结构入手，改变聚合物间的相容性？ 1、通过共聚使分子链引入极性基团。 2、对聚合物分子链化学改性。 3、通过共聚使分子链引入特殊相互作用基团。 4、形成IPN或交联结构。 5、改变分子量。 第二章 *列举影响聚合物合金相态结构连续性的因素，并说明分别是如何影响的？ 组分比：含量高的组分易形成连续相； 黏度比：黏度低的组分流动性较好，容易形成连续相； 内聚能密度：内聚能密度大的聚合物，在共混物中不易分散，容易形成分散相；溶剂类型：连续相组分会随溶剂的品种而改变； 聚合工艺：首先合成的聚合物倾向于形成连续性程度大的相。 说明聚合物合金的相容性对形态结构有何影响？

共混体系中聚合物间的工艺相容性越好，它们的分子链越容易相互扩散而达到均匀的混合，两相间的过渡区越宽，相界面越模糊，分散相微区尺寸越小。完全相容的体系，相界面消失，微区也随之消失而成为均相体系。两种聚合物间完全不相容的体系，聚合物之间相互扩散的倾向很小，相界面和明显，界面黏接力很差，甚至发生宏观的分层剥离现象。 什么是嵌段共聚物的微相分离？如何控制嵌段共聚物的微相分离结构？ 微相分离：由化学键相连接的不同链段间的相分离 控制溶剂、场诱导、特殊基底控制、嵌段分子量来控制 *简述聚合物合金界面层的特性及其在合金中所起的作用。 特性：1、两种分子链的分布是不均匀的，从相区到界面形成一浓度梯度；2、分子链比各自相区内排列松散，因而密度稍低于两相聚合的平均密度；3、界面层内易聚集更多的表面活性剂、其他添加剂、分子量较低的聚合物分子。 作用：力的传递效应；光学效应；诱导效应。 第三章 简述橡胶增韧塑料的形变机理及形变特点。 形变机理：银纹化和剪切带形变 特点：1、橡胶的存在有利于发生屈服形变；2、力学性能受形变机理影响 简述橡胶增韧塑料形变机理的研究方法及影响形变机理的因素。 定量研究：高精度的蠕变仪同时测定试样在张应力作用下的纵向和横向形变 影响因素：树脂基体；应力和应变速率；温度；橡胶含量；拉伸取向 简述橡胶增韧塑料的增韧机理，并列举实例加以说明。 多重银纹化增韧理论：在橡胶增韧的塑料中，由于橡胶粒子的存在，应力场不再是均匀的，橡胶粒子起着应力集中的作用。（脆性玻璃态高聚物受外力作用发生银纹形变时材料韧性很差） 银纹-剪切带增韧机理：银纹和剪切到之间存在着相互作用和协同作用。（ABS 拉伸过程中既有发白现象，又有细颈形成） 试比较橡胶增韧塑料和刚性粒子工程塑料的异同点。 1、增韧剂种类不同； 2、增韧的对象不同； 3、增韧剂含量对增韧效果的影响不同； 4、改善聚合物合金性能的效果不同； 5、增韧机理不同； 6、对两相界面黏结强度的要求是相同 第四章

纳米复合材料

纳米复合材料的制备及其应用 分析化学饶海英20114209033 摘要：聚合物基复合材料目前已经成为复合材料发展的一个重要方向，它涉及了材料物理、材料化学、有机材料、高分子化学与物理等众多学科的知识。本文主要针对纳米复合材料的制备方法、性能及应用等方面的研究进展情况进行了综述。 复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国航、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分。80年代初Roy等提出的纳米复合材料[1-3]，为复合材料研究应用开辟了崭新的领域。纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。由于纳米微粒独特的效应，使其物理和化学性能方面呈现出不同的性能。将纳米材料与复合材料结合起来，所构成的纳米复合材料兼有纳米材料和复合材料的优点，因而引起科学家的广泛关注和深入的研究[4-5,44,45]。纳米复合材料的基体不同，所构成的复合材料类型也不同，如：金属基纳米材料[9-11,43]。陶瓷基纳米材料[12]、聚合物基纳米材料。 近年来发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。 1纳米聚合物基复合材料 1.1 纳米聚合物基复合材料的合成进展 在纳米聚合物基复合材料方面，主要采用同向双螺杆挤出方法分散纳米粉体，分散水平达到纳米级，得到了性能符合设计要求的纳米复合材料。较早发展起来的几种聚合物纳米复合材料的制备方法[13-14]有共混法、溶胶-凝胶法(sol-ge1)、插层复合技术(interaction)，可分为插层和剥离(exfoliate)两种技术、原位(in-situ)法、母料法、模定向合成法(template directed)包括化学方法和电化学方法。 声化学合成(sonochemical synthesis)是制备具有独特性能的新材料的有效方法。

聚合物基纳米复合材料的近代发展

汽车发动机地技术现状及发展趋势 摘要：自汽车发明以来,为人们地出行运输带来了极大地便利,促进了人类地大发展,一百多年后地今天,相关技术不断创新和走向成熟.但随之而来地问题则是,全球石油能源紧张,空气污染.因此,先进地发动机技术将在汽车节能、环保技术开发中起着关键地决定性地作用. 关键词：汽油直喷技术

电介质和磁介质的比较

物本1102班201109110118 梁秀杰

一、电介质和磁介质的定义 电介质 定义：能够被电极化的介质。在特定的频带内，时变电场在其内给定方向产生的传导电流密度分矢量值远小于在此方向的位移电流密度的分矢量值。在正弦条件下，各向同性的电介质满足下列关系式：式中是电导率，是电常数，是角频率，是实相对电常数。各向异性介质可能仅在某些方向是介电的。 电介质包括气态、液态和固态等范围广泛的物质。固态电介质包括晶态电介质和非晶态电介质两大类，后者包括玻璃、树脂和高分子聚合物等，是良好的绝缘材料。凡在外电场作用下产生宏观上不等于零的电偶极矩，因而形成宏观束缚电荷的现象称为电极化，能产生电极化现象的物质统称为电介质。电介质的电阻率一般都很高，被称为绝缘体。有些电介质的电阻率并不很高，不能称为绝缘体，但由于能发生极化过程，也归入电介质。通常情形下电介质中的正、负电荷互相抵消，宏观上不表现出电性，但在外电场作用下可产生如下3种类型的变化： ①原子核外的电子云分布产生畸变，从而产生不等于零的电偶极矩，称为畸变极化； ②原来正、负电中心重合的分子，在外电场作用下正、负电中心彼此分离，称为位移 极化； ③具有固有电偶极矩的分子原来的取向是混乱的，宏观上电偶极矩总和等于零，在外电 场作用下，各个电偶极子趋向于一致的排列，从而宏观电偶极矩不等于零，称为转向极化。 磁介质 定义：由于磁场和事物之间的相互作用，使实物物质处于一种特殊状态，从而改变原来磁场的分布。这种在磁场作用下，其内部状态发生变化，并反过来影响磁场存在或分布的物质，称为磁介质引。磁介质在磁场作用下内部状态的变化叫做磁化。真空也是一种磁介质。磁场强度与磁通密度间的关系决定于所在之处磁介质的性质。这种性质来源于物质内分子、原子和电子的性状及其相互作用，有关理论属于固体物理学的重要内容。 在磁场作用下表现出磁性的物质。物质在外磁场作用下表现出磁性的现象称为磁化。所有物质都能磁化，故都是磁介质。按磁化机构的不同，磁介质可分为抗磁体、顺磁体、铁磁体、反铁磁体和亚铁磁体五大类。在无外磁场时抗磁体分子的固有磁矩为零，外加磁场后，由于电磁感应每个分子感应出与外磁场方向相反的磁矩，所产生的附加磁场在介质内部与外磁场方向相反，此性质称为抗磁性。顺磁体分子的固有磁矩不为零，在无外磁场时，由于热运动而使分子磁矩的取向作无规分布，宏观上不显示磁性。在外磁场作用下，分子磁矩趋向于与外磁场方向一致的排列，所产生的附加磁场在介质内部与外磁场方向一致，此性质称为顺磁性。介质磁化后的特点是在宏观体积中总磁矩不为零，单位体积中的总磁矩称为磁化强度。 实验表明，磁化强度与磁场强度成正比，比例系数χm称为磁化率。抗磁体和顺磁体的磁性都很弱，即cm很小，属弱磁性物质。抗磁体的cm为负值，与磁场强度无关，也不依赖于温度。顺磁体的cm为正值，也与磁场强度无关，但与温度成反比，即cm =C/T，C 称为居里常数，T为热力学温度，此关系称为居里定律。

一种高介电常数X8R型MLCC介质材料及其制备方法

说明书摘要 一种高介电常数X8R型MLCC介质材料及其制备方法，以100重量份的钛酸钡为基材，添加有如下重量份的成分：1.6-2.5份的铌钴化合物；0.722-1.805份的钛铋钠化合物； 1.25- 2.0份的锆钙化合物；1-3份的玻璃粉；0.369-1.2份的Ce、Yb、Dy、Ho的氧化物中的一种或多种复合；0.1-0.25份的碳酸锰。本发明以钛酸钡为基础，添加适量铌钴化合物，易形成“核-壳”结构，这种“核-壳”有利于提高介质材料的介温稳定性，降低材料的容温变化率；适量添加碳酸锰、稀土元素、锆钙化合物为本发明的重点与核心，稀土元素在钛酸钡基介电陶瓷材料中既可以作为施主也可以作为受主进行掺杂改性，能抑制本征氧空位以及其他B位施主掺杂带来的氧空位的迁移，提高材料系统的绝缘电阻率、抗老化性能和抗还原性能，可用于制作银-钯电极和镍电极MLCC。

1、一种高介电常数X8R型MLCC介质材料，其特征在于：以100重量份的钛酸钡为基材，添加有如下重量份的成分： 1.6- 2.5份的铌钴化合物； 0.722-1.805份的钛铋钠化合物； 1.25- 2.0份的锆钙化合物； 1-3份的玻璃粉； 0.369-1.2份的Ce、Yb、Dy、Ho的氧化物中的一种或多种复合； 0.1-0.25份的碳酸锰。 2、如权利要求1所述的一种高介电常数X8R型MLCC介质材料，其特征在于：所述铌钴化合物中Nb/Co原子摩尔比为3-5。 3、如权利要求1所述的一种高介电常数X8R型MLCC介质材料，其特征在于：所述钛铋钠化合物化学式为Bi0.5Na0.5TiO3、Bi0.6Na0.4TiO3或Bi0.4Na0.5TiO3。 4、如权利要求1所述的一种高介电常数X8R型MLCC介质材料，其特征在于：所述锆钙化合物化学式为CaZrO3。 5、如权利要求1所述的一种高介电常数X8R型MLCC介质材料，其特征在于：所述玻璃粉由如下重量份数的成分制得：35-42份Bi2O3、18-24份ZnO、8-12份TiO2、6-10份H3BO3、8-12份SiO2和10-14份Ba(OH)2。 6、一种高介电常数X8R型MLCC介质材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤： （1）将Nb2O5与Co2O3、CoO和Co3O4三者中的至少一种按Nb/Co原子摩尔比3-5进行配比、称量、混合、过筛并于800-900℃煅烧，球磨、烘干获得铌钴化合物； （2）按化学式Bi0.5Na0.5TiO3、Bi0.6Na0.4TiO3或Bi0.4Na0.5TiO3的要求对TiO2、Na2O、Bi2O3进行配比，制得Bi0.5Na0.5TiO3、Bi0.6Na0.4TiO3或Bi0.4Na0.5TiO3； （3）按化学式CaZrO3的要求对CaO和ZrO2进行配比、称量、混合、过筛并于1150-1200℃煅烧，球磨、烘干获得CaZrO3； （4）按如下重量份数对35-42份Bi2O3、18-24份ZnO、8-12份TiO2、6-10份H3BO3、8-12份SiO2和10-14份Ba(OH)2进行配比、称量、混合、过筛并于1200℃熔融后水淬，磨细过筛，制得玻璃粉； （5）以100重量份的钛酸钡为基材，添加有如下重量份的成分1.6-2.5份的铌钴化合物、0.722-1.805份的钛铋钠化合物、1.25-2.0份的锆钙化合物、1-3份的玻璃粉、0.369-1.2

聚合物无机物纳米复合材料

聚合物/无机物纳米复合材料 张凌燕 牛艳萍 （武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉，430070） E-mail：zhly@https://www.wendangku.net/doc/9b12890105.html,或niuyanping2004@https://www.wendangku.net/doc/9b12890105.html, 摘 要：本文从聚合物/无机物纳米复合材料的类型、各种制备方法及原理、优异性能及应用等方面，总结了聚合物/无机物纳米复合材料的研究进展。 关键词：聚合物/无机物纳米复合材料；增韧；表面改性 1 前 言 纳米材料是指材料二相显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级尺寸（100nm以下）的材料。纳米复合材料是指2种或2种以上的吉布斯固相至少在一个方向以纳米级大小（1～100nm）复合而成的复合材料[1]。聚合物/无机物纳米复合材料（简称OINC）是以聚合物为基体（连续相）、无机物以纳米尺度（小于100nm）分散于基体中的新型高分子复合材料[2]。按照无机物纳米粒子形态结构，OINC可分为聚合物/无机粒子纳米复合材料、聚合物/无机纤维纳米复合材料、聚合物/片层状无机物纳米复合材料。用于制备OINC的无机物包括：粘土类如滑石粉、蒙脱土、云母、水辉石等，陶瓷如SiO2、TiO2、Al2O3、AlN、ZrO2、SiC、Si3N4等，聚硅氧烷，CaCO3，分子筛，金属氧化物如V2O5、MoO3、WO3等，层状过渡金属二硫化物或硫代亚磷酸盐如MoS2、TiS2、TaS2、MPS3（M=Mn、Cd等），层状金属盐类化合物、双氢氧化物，以及碳黑、碳纤维等[3]。与传统的复合材料相比，由于纳米粒子带来的纳米效应和纳米粒子与基体间强的界面相互作用，聚合物纳米复合材料具有优于相同组分常规聚合物复合材料的力学、热学性能，为制备高性能、多功能的新一代复合材料提供了可能。 2 无机纳米粒子的增韧机理及表面修饰 2.1 增韧机理 （1）在变形中，刚性无机粒子不会产生大的伸长变形，在大的拉应力作用下，基体和无机粒子的界面部分脱粘形成空穴，使裂纹钝化，不致发展成破坏性裂缝；无机粒子的存在产生应力集中效应，引发粒子周围的树脂基体屈服（空化、银纹、剪切带）。这种界面脱粘和屈服都需要消耗更多的能量，从而起到增韧作用。 （2）由于纳米粒子的比表面积大，表面的物理和化学缺陷越多，粒子与高分子链发生物理或化学结合的机会越多，因而与基体接触面积增大，材料受冲击时，会产生更多的微开裂，吸收更多的冲击能[4]。 2.2 表面修饰 刚性无机粒子的粒径越小，与基体接触面积越大，若能均匀分布，增韧增强的效果就越 1