近年来，随着电子信息技术的急剧发展和工业化进程的不断加快，对半导体器件微型化、集成化、智能化、高频化和平面化的应用需求不断增加。越来越多的电子元件，如介质基板、介质天线、嵌入式薄膜电容等，既要介电材料具备优异的介电性能，又要其具备良好的力学性能和加工性能。另一方面，随着新能源领域的推动和国家智能电网的发展，对大容量高功率电容器的需求不断增加。因此，单一的无机介电材料和纯聚合物介电材料单独使用已经不能满足上述要求，这时就需要考虑选取几种不同材料进行复合，使得到的复合介电材料能同时具备材料各组分的优点。柔性聚合物基复合材料因其高介电常数、良好的有机相容性等特点而具有巨大的应用前景。

电介质材料是指在电场作用下，能够建立极化的物质。在一个真空平行板电容器的极板之间加入一块电介质，在施加外界电场时，介质的两个表面会感应出异号电荷。这种在电场作用下产生感应电荷的现象，为电介质的极化。一般情况下，在电介质内带正、负电荷的粒子会相互抵消，不会出现宏观上带电的情况，但是当有外电场存在时，正负电荷的重心会分离，因此会产生以下四种极化类型：位移极化、松弛极化、转向极化、空间电荷极化。具有高介电常数、低介电损耗、高击穿场强的电介质材料，被称为高储能密度电介质材料。电子能源系统（比如混合动力汽车、医用起搏器及脉冲调节器等），其发展十分依赖于高储能密度介质材料的发展。

近年来，对电介质材料的研究由以往的单一组分发展到两相组分甚至多相组分，从材料的制备发展到材料在大规模集成电路中的应用。研究层次由以往的单纯现象分析转向材料的本征结构对材料性能影响的理论研究。目前，聚合物基复合电介质材料的主要基于两类进行研究：一类是基于渗流型原理，在聚合物基体中添加一定量的导电材料，获得具有高介电常数的复合材料。另一类则是以传统的高介电陶瓷作为填料，综合聚合物基体良好的加工性和介电陶瓷本征的高介电常数等特点，获得具有较高介电常数的复合介电材料。

介电常数ε_r和介电损耗（介质损耗角正切 tanδ ）是表征材料介电性能最重要的两个参数。相对介电常数反映了材料在交流电场下电介质的极化能力。在一定的厚度下，为了获得同样电容量的电容器，介电常数越大则其构成电容器的面积更小。所以，提高电容量、使电容器小型化主要从提高材料的介电常数入手。介电损耗是电介质在交变电场中所损耗的能量与通过其内部的电流有关，一般由外施正弦电压与通过试样的电流之间的相角余角正切值tanδ表示。另一个能够反映电介质材料的参数是击穿场强，电介质只能在一定的电场强度范围内仍然保持它的绝缘、介电性质；当超过界值的时候，就会失去这种介电性质变为导电状态。这种现象称为介质的击穿。在高功率电容器中，要求电介质材料具有一定的耐压能力，其击穿场强的范围决定了电容器的应用范围。因此，高电介质材料的击穿场强是提高电容器耐压能力的关键。

储能密度是反映电介质储存能量能力的重要参数。原则上，介电电容器的储能密度（U）是由外加电场（E）和电场位移（D）决定的。并且，电位移（D）与极化P和介电常数ε_r有关，D=P ε_rε₀ E。对于线性介电电容器，U=1/2DE=1/2ε_rε₀E²，其中ε₀为真空介电常数（ε₀=8.85×10^#8722;12 Fm^#8722;1），即储能密度U与击穿场强E _b的平方和介电常数εr的一次方成正比。由于击穿场强E_b是可应用于介质电容器的最大场强，因此必须同时提高ε_r和E_b，以获得较高的储能密度。陶瓷具有较高的介电常数和较低的击穿场强，而聚合物具有较高的击穿场强和较低的介电常数。因此，将诸如二氧化钛、BaTiO ₃和Ba _x Sr_1#8722;xTiO ₃等陶瓷纳米填料引入聚合物基体中形成聚合物纳米复合材料，以弥补彼此的不足。但是当高介电陶陶瓷颗粒掺入到聚合物当中时，会由于两者本征的极化能力差异大而导致材料内部容易发生电场集中、因而导致基体中的局部电荷的富集。因此提高聚合物纳米复合材料介电常数ε_r的同时往往会减小击穿场强E _b。因此，同时有效地提高聚合物纳米复合材料的这两个参数是很难实现的。聚合物纳米复合材料的高击穿场强E_b和高储能密度U归因于小的漏电流，低介电损耗和低界面极化。

聚偏氟乙烯PVDF具有较高的击穿场强，且其机械性能优良，柔韧性好，是一种具有铁电性能的聚合物介电材料。六方氮化硼（H-BN），是一种具有宽的能带隙（≈5.2 eV）、低介电常数（3–5）和高热导率（平面内≈600 W#8729;m^-1#8729;k^#8722;1、平面外≈30 W#8729;m^-1#8729;k^#8722;1）的二维材料，使用 N,N-二甲基甲酰胺（DMF）作为溶剂剥离氮化硼BN，得到单层和少层的二维氮化硼纳米片层（BNNSs），是聚合物基复合材料中最常用的填料。能够使聚合物基体的击穿场强有明显提高，并且能够有效阻碍漏电流和空间电荷的导通，从而降低介电损耗。Ca₂Nb₃O₁₀是一种具有二维层状类钙钛矿结构的铌酸盐。本次课题，以不同掺量的氮化硼（BN）、Ca₂Nb₃O₁₀二维材料为填料，通过流延法制得BN/Ca₂Nb₃O₁₀/PVDF复合材料薄膜，开发出具有高介电常数高击穿场强高储能密度的新型有机-无机柔性复合电介质材料。

2. 研究的基本内容与方案