新丰，曲鹏，李清华，刘晓林
(北京化工大学，有机无机复合材料国家重点实验室，北京 100029)
摘 要：以树枝状钛酸钡(B-BT)/P(VDF-TrFE)复合材料为研究体系，采用有限元法计算了B-BT 添加量(1~7vol.%)以及B-BT 颗粒主杆与电场方向夹角(θ)对复合材料介电常数的影响，并用电场分布统计模型计算复合材料击穿场强。结果表明，每一体积分数的介电-角度曲线是关于θ=90°对称，当B-BT 颗粒的主杆平行于电场(记为B-BT||E)时，复合材料的介电常数与实验值接近，最大可达19.1；当B-BT 主杆垂直于电场(记为B-BT⊥E)时，材料的击穿场强在411~452 kV/mm之间，储能密度达到9.5~11.5 J/cm3。对含单个B-BT 的复合材料电位移及电场分布进行模拟，结果发现，当B-BT||E 时，材料内部产生较大的电位移，B-BT 颗粒尖端位置产生较大的局部电场，说明B-BT||E 有利于提高材料介电常数，但不利于提高击穿场强；当B-BT⊥E 时，电位移及局部电场的情况与B-BT||E 时相反。此外，设计了黑松树状钛酸钡(Bp-BT)颗粒，对Bp-BT/P(VDF-TrFE)复合材料的介电性能进行计算，发现当Bp-BT⊥E 时，材料储能密度达到10.1~12.5 J/cm3，优于B-BT/P(VDF-TrFE)，表明Bp-BT 有可能作为提高复合材料储能密度的备选无机材料。
关键词：有限元法；复合材料；介电性能；电场分析；电位移