It is known that the relative dielectric constant of insulating polyethylene matrix composites with conducting materials (such as carbon black and metal powder) increases as the conducting material content increases below the percolation threshold. Below the percolation threshold, dielectric properties show an ohmic behavior and their value is almost the same as that of the matrix. The change is very small, but its origin is not clear. In this paper, the dielectric properties of carbon black-filled polyethylene matrix composites are studied based on the effect medium approximation theory. Although there is a significant amount of literature on the calculation based on the theory of changing the parameters, an overall discussion taking into account the theory is required in order to explain the dielectric properties of the composites. Changes of dielectric properties and the temperature dependence of dielectric properties of the composites made of carbon particle and polyethylene below the percolation threshold for the volume fraction of carbon black have been discussed based on the theory. Above the percolation threshold, the composites are satisfied with the universal law of conductivity, whereas below the percolation threshold, they give the critical exponent of s = 1 for dielectric constant. The rate at which the percentages of both the dielectric constant and the dielectric loss factor for temperature increases with more volume fraction below the percolation threshold.
Effects of particle size, crystal structures and multilayer structures of $ATiO_3$, $ATa_2O_6$, $ANb_2O_6$, $AWO_4$, and $AMoO_4$ (A=Ni, Mg, Zn, Co) ceramic fillers on the dielectric properties of polystyrene (PS), polypropylene (PP) and polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer matrices were investigated at microwave frequencies. The microwave dielectric properties of $ATiO_3$ (ilmenite), $ATa_2O_6$ (tri-rutile), $ANb_2O_6$ (columbite), AWO4 (wolframite), and AMoO4 (wolframite) ceramics were largely dependent on the structural characteristics of oxygen octahedra. The dielectric constant (K) of the composites was increased with the ceramic content. However, the dielectric loss (tan ${\delta}$) of the composites was affected by the type of ceramics and the crystallinity of polymers. For the composites with same amount of ceramics, the K was decreased and the tan ${\delta}$ was increased with the particle size of ceramics. Also, the dielectric properties of the composites were dependent on the multilayer structures with different arrangements. Several theoretical models have been employed to predict the effective dielectric properties of the composites. The frequency dependence of dielectric properties and the temperature coefficient of resonant frequency (TCF) of the composites were also discussed.
In this work, the complex permittivity of epoxy resins is measured. Epoxy resins, epoxy with micro size fillers and epoxy with micro+nano alumina composites have been evaluated for dielectric properties according to frequency variation. The dielectric spectroscopy measurement and analyses are carried out in the frequency range of $10^{-2}Hz$ to 1MHz and constant to room temperature. The results of dielectric loss suggest that significant improvement in the electrical performance can be expected by using samples containing nano and micro fillers mixture when compared to materials containing only microfillers. As the result, we verified the specific characteristics of dielectric permittivity and dielectric loss namely, relative permittivity become low with improving dispersibility of nano+micro mixture composites and become rise with agglomerate of nano particles.
The effects of an amphiphilic agent and the orientation of BN on the microwave dielectric properties of BN / polyvinyl butyral (PVB) composites were investigated as a function of the BN content in volume fractions from 0.1 to 0.5 ($V_f$). The plate-shaped BN samples were oriented in the PVB matrix by physical processes, in this case tape casting and laminate methods. With an increase in the BN content, the dielectric constant (K) increased because the K of BN was higher than that of the PVB. At the same BN content, composites with an in-plane orientation of the BN showed a higher dielectric constant than that of composites with a transverse orientation of the BN because the ceramics were oriented parallel to the electric field. All of the composites showed nearly constant K values ranging from 1 to 9.4 GHz, indicating good frequency stability over a wide frequency range. At the same frequency, the K values of the composites increased with an increase in the BN content.
$BaTiO_3$/epoxy composites can be applied as the dielectric materials for embedded capacitors. The effects of the degree of $BaTiO_3$ particle agglomeration on the dielectric properties of $BaTiO_3$/epoxy composites were investigated in the present study. The degree of particle agglomeration was controlled by the milling of the agglomerated particles. The size and content of the agglomerated $BaTiO_3$ particles decreased with an increase in the milling time. The dielectric constants and polarizations of $BaTiO_3$/epoxy composites abruptly decreased with the increase of the milling time. It was concluded that the dielectric constants and polarizations of $BaTiO_3$/epoxy composites decreased as the degree of particle agglomeration decreased. The degree of agglomeration of $BaTiO_3$ particles turned out to be a very influential factor on the dielectric properties of $BaTiO_3$/epoxy composites.
Dependencies of dielectric properties on $MgTa_2O_6$, $MgNb_2O_6$, and $MgWO_4$ (Mg-based ceramics) fillers of the polystyrene (PS) matrix composites were investigated as a function of frequency. With increasing frequency from 1 GHz to 7.3 GHz, the dielectric constant (K) of the composites was not changed significantly, while the dielectric loss (tan${\delta}$) of the composites was slightly decreased. The K, tan${\delta}$, and temperature coefficient of resonant frequency (TCF) of the composites were dependent on the type and amount of ceramics at 11 GHz. Also, several theoretical models have been employed to predict the effective dielectric constant of the composites and the results were compared with experimental data. Typically, a K value of 6.67, tan${\delta}$ of $0.56{\times}10^{-3}$, and TCF of -4.99 $ppm/^{\circ}C$ were obtained for the PS composites with 0.4 volume fraction of $MgNb_2O_6$ at 11 GHz.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제10권4호
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pp.116-120
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2009
Ceramic-polymer composites have been investigated for their suitability as embedded capacitor materials because they combine the processing ability of polymers with the desired dielectric properties of ceramics. This paper discusses the dielectric properties of the ceramic ($BaTiO_3$)-polymer (Epoxy) composition as a function of ceramic particle size at a ceramic loading of 40 vol%. The dielectric constant of these ceramic-polymer composites increases as the powder size decreases. Results show that ceramic-polymer composites have a high dielectric constant associated with the $BaTiO_3$ powder with a 200 nm particle size, high insulation resistance, high breakdown voltage (> 22 KV/mm), and low dielectric loss (0.018-0.024) at 1 MHz.
Polyaniline-yttrium trioxide (PAni-$Y_2O_3$) composites were synthesized by the in-situ polymerization of aniline in the presence of $Y_2O_3$ The composite formation and structural changes in these composites were investigated by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infra red spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). The direct current (DC) electrical conductivity of the order of $0.51{\times}10^{-2}\;S\;cm^{-1}-0.283\;S\;cm^{-1}$ in the temperature range 300 K-473 K indicates semiconducting behavior of the composites. Room temperature AC conductivity and dielectric response of the composites were studied in the frequency range of 10 Hz to 1 MHz. The variation of AC conductivity with frequency obeyed the power law, which decreased with increasing weight percentage (wt %) of $Y_2O_3$. Studies on dielectric properties shows the relaxation contribution coupled by electrode polarization effect. The dielectric constant and dielectric loss in these composites depend on the content of $Y_2O_3$ with a percolation threshold at 20 wt % of $Y_2O_3$ in PAni. Electromagnetic interference shielding effectiveness (EMI SE) of the composites in the frequency range 100 Hz to 2 GHz was in the practically useful range of -12.2 dB to -17.2 dB. The observed electrical and shielding properties were attributed to the interaction of $Y_2O_3$ particles with the PAni molecular chains.
The aim of this study is to improve of dielectric properties using epoxy/nano alumina composites with adding glycerol diglycidyl ether (GDE:1,2 g). This paper deals with the effects of dielectric properties(${\epsilon}^{\prime}_r$ and $tan{\delta}$) for epoxy/nano alumina contents (1,3 phr) and GDE addition (1,2 g)composites. 5 kinds specimen were prepared with containing epoxy resins, epoxy nano alumina composites. Average particle size of nano used were 30 nm. The nano alumina used were gamma phase particles of spherical shape. The suppression of epoxy chain motion by addition of nano alumina+GDE decreased dielectric loss and relative permittivity magnitude.
Recently, Nanotechnology becomes a major issue in most part of industries. Nanotechnology is expected to develop various application products due to nano material mired composites is improved physical and electrical properties compared to conventional composites materials. Dielectric and insulation materials need to develop and improve like other field about nanotechnology. In this paper, we reported dielectric dispersion by size(no filler, $1.2{\mu}m$, 500 nm, 10 nm), frequencies(60, 120, 1 kHz), and temperatures($30{\sim}170^{\circ}C$). Dielectric constant of composites materials with filler shows higher than composites materials without filler and increased depending on rising temperatures in low frequency region. It was the effect that nano-filler and impurities in composites contributed to electrical conductivity. And dielectric properties depending on temperatures shows to change in low frequency region dramatically We analyzed interfacial polarization in low frequency region($10^{-2}$ Hz) and oriented polarization in high frequency region($10^{-5{\sim}6}$ Hz) on composites materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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