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摘要

SiO ₂/聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene, PTFE)复合介质材料的热膨胀系数和介电常数主要受到SiO ₂填充量的影响, 如何准确预测其影响至今仍是一个很大的挑战. 本文通过数值模拟系统地研究SiO ₂/PTFE复合介质材料的热膨胀系数和介电常数. 结果表明, 随着SiO ₂填充量的增加, SiO ₂/PTFE复合介质材料的热膨胀系数降低, 介电常数增加, 且与文献报道数据取得良好的一致性(Han K K, Zhou J, Li Q Z, Shen J, Qi Y Y, Yao X P, Chen W 2020 J. Mater. Sci. Mater. Electron. 319196 ). 研究发现, 实心SiO ₂球(体积分数为30%)/PTFE复合介质材料的热膨胀系数最小, 为7.5×10 ^–5K ^–1; 而空心SiO ₂球(体积分数为10%)/PTFE的介电常数最小, 为2.06. 由于底部的实心SiO ₂球充当支撑作用, 底部实心SiO ₂球较密集的实心SiO ₂/PTFE复合介质材料具有更低的热膨胀系数. SiO ₂填料的大长径比会降低SiO ₂/PTFE复合介质材料的热膨胀系数. 成型工艺对实心SiO ₂/PTFE复合介质材料的热膨胀系数几乎没有影响. 该工作为通过调控SiO ₂/PTFE复合介质材料的微观结构来控制其热膨胀系数和介电常数提供清晰的思路.

关键词:

Abstract

Coefficient of thermal expansion (CTE) and dielectric constant for the SiO ₂/polytetrafluoroethylene (SiO ₂/PTFE) dielectric composite are mainly influenced by their filling content, and how to accurately predict the effect is still a great challenge untill now. In this work, the CTE and dielectric constant of SiO ₂/PTFE dielectric composite are systematically investigated by numerical simulation. The results show that with the increase of SiO ₂content, CTE of SiO ₂/PTFE dielectric composite decreases, and the dielectric constant increases, which are in good agreement with the data reported in the literature (Han K K, Zhou J, Li Q Z, Shen J, Qi Y Y, Yao X P, Chen W 2020 J. Mater. Sci. Mater. Electron. 319196 ). The 30% (volume fraction) solid SiO ₂sphere (SSS)/PTFE dielectric composite is the smallest CTE of 7.5×10 ^–5K ^–1, while 10% (volume fraction) hollow solid sphere (HSS)/PTFE possesses the smallest dielectric constant of 2.06. The CTE of SiO ₂/PTFE dielectric composite may decrease when the SiO ₂distribution is dense at the bottom. The large aspect ratio of SiO ₂filler may reduce CTE _xof SiO ₂/PTFE dielectric composite. The molding parameters have little effect on the thermal expansion coefficient of the solid SiO ₂/PTFE composite dielectric material. This work provides a clear insight into the controlling of CTE and dielectric constant of SiO ₂/PTFE dielectric composite by adjusting its microstructure.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:周静,zhoujing@whut.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 12174298)、湖北省自然科学基金重点项目(批准号: 2019CFA044)、海南省科技计划三亚崖州湾科技城联合项目(批准号: 20201g0158)和深圳市自然科学基金(批准号: JCYJ20210324135002007)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Zhou Jing,zhoujing@whut.edu.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 12174298), the Key Projects of Natural Science Foundation of Hubei Province, China (Grant No. 2019CFA044), the Hainan Provincial Joint Project of Sanya Yazhou Bay Science and Technology City, China (Grant No. 20201g0158), and the National Natural Science Foundation of Shenzhen City, China (Grant No. JCYJ20210324135002007).

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施引文献

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材料	PTFE	SiO₂	空气
密度ρ/(g·cm^–3)	2.10	2.20	—
热导率k/(W·m^–1·K^–1)	0.24	1.40	—
比热容c/(10³J·kg^–1·K^–1)	1.05	0.73	—
泊松比ν	0.40	0.22	0
杨氏模量E/GPa	0.28	70.0	—
CTE/(10^–6K^–1)	109	0.50	—
介电常数	2.05	3.50	1.00

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不同的分布情况	CTE/(10^–6K^–1)
1, 2, 3, 4分布10%; 5, 6, 7, 8分布20%	101.34
1, 2, 3, 4分布20%; 5, 6, 7, 8分布10%	96.78
1, 3, 4, 5分布20%; 2, 6, 7, 8分布10%	97.85
1, 3, 4, 6分布20%; 2, 5, 7, 8分布10%	98.05
1, 3, 4, 7分布20%; 2, 5, 6, 8分布10%	97.81
1, 3, 4, 8分布20%; 2, 5, 6, 7分布10%	97.80
1, 3, 5, 7分布20%; 2, 4, 6, 8分布10%	98.71
1, 3, 6, 8分布20%; 2, 4, 5, 7分布10%	99.09
1, 6, 7, 8分布20%; 2, 3, 4, 5分布10%	100.02

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