另一方面，随着新工业不断发展，仅仅依靠聚合物材料自身的性能，已经无法满足日益增长的新需求，通过在聚合物材料中添加各种纳米填料，形成纳米复合材料，是一种常见的有效途径。其中，碳纳米管（CNT）由于高导电率和大长径比等优点，一直是纳米复合材料领域中极具竞争力的一种纳米填料。
本工作以HDPE和UHMWPE/HDPE共混物（简写为UH-HDPE）为聚合物基体，CNF为纳米填料，制备两相和多相聚合物基纳米复合材料。研究CNF在聚合物基体中的分散及分布特性，并讨论CNF含量及其分布状态对复合材料介电性能的影响规律。
结果展示
(a)1%CNF；(b)10%CNF
(a)HDPE；(b)1%CNF/HDPE；
(c)5%CNF/HDPE；(d)10%CNF/HDPE
(a)UH-HDPE；(b)1%CNF/UH-HDPE；
(c)3%CNF/UH-HDPE
CNF/HDPE复合材料的介电常数，频率范围是102~106 Hz。可以看到，复合材料的介电常数随着CNF含量增加而显著提高。当CNF含量达到7.5%以上时，复合材料的介电常数提高至190 (100 Hz)，约为HDPE材料的50倍。复合材料的界面相是其介电性能的决定性因素。尤其是在纳米复合材料中，由于纳米填料尺寸小、比表面积大，会在复合材料中引入大量界面区域，对复合材料的介电行为产生显著的影响。在CNF/HDPE复合材料中，随着CNF含量增加，CNF/HDPE界面区域急剧增多，因此大幅度提高复合材料的介电常数。还可以看到，HDPE的介电常数不随频率的改变而发生变化，随着CNF含量的增加，复合材料的介电常数逐渐开始随着频率发生变化，当CNF含量达到7.5%以上时，复合材料的介电常数表现出强烈的频率依赖性，介电常数随着频率提高而降低。
(a)1%~10%CNF/HDPE；
(b)1%~5%CNF/HDPE局部放大图
CNF/UH-HDPE三相复合材料的介电常数变化趋势与CNF/HDPE两相复合材料基本相同，复合材料的介电常数随着CNF含量增加而提高。同时还发现一个有趣的现象，即在CNF含量相同时，CNF/UH-HDPE复合材料的介电常数高于CNF/HDPE复合材料。
CNF/HDPE复合材料的介电损耗如图6所示。由图可知，当CNF含量≤4%时，复合材料的介电损耗和HDPE基本相同，且不随频率改变而发生变化。当CNF含量为5%时，介电损耗值增大至0.1左右，同时表现出明显的频率依赖性。当CNF含量达到7.5%以上时，低频介电损耗急剧增大，强烈依赖于频率变化。这说明当CNF达到一定含量后，偶极子取向极化效应显著增强。在低频范围，偶极子有足够时间跟上电场方向变化而发生取向运动，导致大量能量损耗。此结果与介电常数的变化趋势一致。
(a)1%~10%CNF/HDPE；
(b)1%~7.5%CNF/HDPE局部放大图
当CNF含量为1%时，两相和三相复合材料均未产生明显的介电损耗，与聚合物材料维持在相同水平上。当CNF含量达到3%，两相复合材料的介电损耗仍无明显变化，三相复合材料的介电损耗略有增加。这是由于引入UHMWPE，提高了HDPE相中CNF的实际含量，此结果对应于CNF/UH-HDPE复合材料略高的介电常数。
