聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯—三氟乙烯无规共聚物(P(VDF-TrFE))等含氟聚合物以其突出的物理性能(铁电性、压电性、热电性等)与化学稳定性,兼之聚合物本身所具有的易于加工、质轻等优点,逐渐受到人们关注。针对高分子铁电薄膜在传感技术、可擦写存储器、机电执行器等领域的应用背景,需要发展高介电常数的铁电聚合物材料或其超薄膜。在本论文中,分别研究了酞菁铜、聚苯胺纳米纤维与铁电聚合物形成的0-3型、1-3型两种高介电常数复合物。此外,我们还制备了不同纳米结构的填料,以进一步调节、控制复合物的电学性能;为了解铁电聚合物在纳米尺度下的性能,我们还研究了以半导体硅为基底材料的聚合物超薄膜。　　 第一部分:我们利用多孔阳极氧化铝模板分别制备了铁电聚合物和铁电聚合物/酞菁铜复合物纳米管阵列。并用TEM、SEM、SPM(DFM)等分析方法表征了相关样品的形貌。通过铁电性的测试,发现由于管壁厚度的限制以及纳米管本身较多的缺陷,在铁电聚合物P(VDF-TrFE)纳米管中形成纳米尺度的铁电畴,使得其矫顽场(16.9MV/m)、极化程度(57mC/m2)较本体状态下都有所减小;但其铁电性仍然保持,且具有较好的电滞回线。聚合物纳米管阵列样品的介电常数在低频(100～10KHz)下,随频率迅速下降。这是明显的界面极化的特征。可能是在对样品镀电极时,金进入聚合物纳米管中,在金与P(VDF-TrFE)界面形成空间电荷极化所致。此外,通过在样品表面加上一层聚合物薄膜后发现,样品的介电常数下降到50左右,但是仍然高出本体状态3倍多。这说明样品的高介电常数除了界面极化之外,可能还与聚合物品畴沿氧化铝纳米孔道取向有关。　　 P(VDF-TrFE)与酞菁铜复合物形成的纳米管由于其特殊的结构限制,使P(VDF-TrFE)相的大小变得与耦合交换长度相当,产生了非常明显的界面交换耦合效应;使得体系的介电常数出现了极大的增加。复合物纳米管(管壁)中的酞菁铜颗粒较大的比表面积也加强了酞菁铜和聚合物之间的相互作用,对体系介电常数的提高同样起到了至关重要的作用。　　 第二部分:我们利用界面聚合法在水相/有机相的界面合成了直径均一的导电导电聚苯胺纳米纤维,并用透射电镜表征了其形貌。还利用不同的掺杂剂掺杂聚苯胺纳米纤维得到了不同电导率的聚苯胺纳米纤维。此外,还制备了掺杂程度不同的盐酸掺杂的聚苯胺纳米纤维。然后,将导电聚苯胺纳米纤维与P(VDF-TrFE)复合,得到了全有机逾渗型高介电常数复合物。结果发现导电聚苯胺纳米纤维显著地提高了铁电聚合物复合物的介电常数,如对盐酸充分掺杂聚苯胺(PANI-HCl,含量为2.9wt％)/P(VDF-TrFE)复合物,其介电常数相当于铁电聚合物的50倍。相对于纳米颗粒状填料,纳米纤维状填料由于它们能更加有效地在聚合物基体中形成导电通路,从而有效降低其逾渗阈值。　　 通过对不同掺杂程度的PANI-HCl与P(VDF-TrFE)形成的纳米复合物研究可知,随着聚苯胺纳米纤维的电导率降低,体系的逾渗逾值增大,填料的介电增加效果也变小。等效电路分析表明位于逾渗阈值附近的纳米复合物(半导体)和金属电极(导体)之间或者导电聚苯胺纳米纤维填料重叠区域可能形成缺电子薄层或称耗尽层。耗尽层的存在既能有效降低复合物的介电损耗,又能显著提高介电常数。　　 我们还发现如果采用不同有机酸掺杂聚苯胺纳米纤维并与铁电聚合物形成复合物,其电学行为也不同。耗尽层效应没有在P(VDF-TrFE)/PANI-DBSA(十二烷基苯磺酸)复合物体系中出现。而P(VDF-TrFE)/PANI-PFSA(全氟磺酸树脂)与P(VDF-TrFE)/PANI-HCl复合物体系相比,德拜型弛豫出现在更低的频率,且漏电流被抑制得更低。我们认为DBSA分子改善了聚苯胺纳米纤维在铁电聚合物中的分散性,降低了两相电导率的差异;相对其他的掺杂剂,PFSA分子链中含有的氟碳链与铁电氟共聚物更匹配,这有助于增加聚苯胺纳米纤维的分散性,同时在导电填料的表面形成钝化层。　　 对纳米复合物的铁电性质和击穿场强研究结果表明,复合物的击穿场强大于20MV/m,随掺杂程度的降低,体系的击穿场强有所增加。从电致形变、电能密度的公式可知,提高击穿场强有助于获得大形变、高能量密度。虽然提高介电常数也同样重要,但体系的性能对电场的变化更敏感。　　 第三部分:主要是尝试合成了一些特殊纳米结构的填料,目的是调控复合物体系的性能,比如降低体系的漏电流、改变损耗峰出现的位置等。我们主要合成了两种核—壳结构的银纳米材料(Ag@TiO2、Ag@C)以及可调节长径比的Ag纳米棒等纳米材料。　　 第四部分:我们利用旋涂的方法制备了偏氟乙烯—三氟乙烯无规共聚物薄膜,并利用扫描探针显微镜测量了薄膜的厚度。试验表明,我们可以制备出约10纳米左右完整的聚合物薄膜。由于含氟聚合物的晶体结构会对其性能产生影响,我们还研究了不同基底的超薄膜,并进行了退火处理。结果发现不同基底聚合物薄膜的结晶过程各不相同。硅基底的薄膜退火处理后,可以形成片状的晶体(单层的片晶厚度约20纳米),且随着片状晶体层数的增加,晶体会变成直立状态。而Si/Cr/Au基底上的P(VDF-TrFE)薄膜,退火后,形成由约100纳米左右的小圆形晶体构成的约2微米左右的圆形隆起。比较特别的是以镀铬硅片为基底的薄膜。我们发现其结晶过程似乎与薄膜的热历史有关:当制膜后,直接退火的样品形成了长500纳米左右、宽约120纳米的棒状晶体,且宽度变化不大;而当薄膜存放一周后再退火,却发现形成了没有明显呈径向分布的片晶构成的球晶;并在另一张较厚的薄膜中发现了层状晶体。另外,我们还发现铁电聚合物薄膜存在着外力诱导结晶的可能,聚合物在刮痕处,形成了约10纳米高的片状晶体。　　 我们还采用表面反射红外观测了薄膜的晶体结构。为了排除传统电极制备方法对超薄膜电学性能测试的不利影响,我们利用原子力显微镜原位表征了含氟聚合物超薄膜的电致形变性能。结果发现尽管薄膜只有约10纳米厚,但其仍保持了较好的铁电性。