【摘 要】
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介质电容器具有功率密度高、充放电速度快、安全环保等优点,被广泛应用于军事、民用等领域。但其储能密度较低,不利于设备小型化、轻量化,使得其在集成领域的应用受限。陶瓷-聚合物复合电介质因能实现比单一组分更高的储能密度而被广泛研究。目前陶瓷-聚合物复合电介质存在的最大问题就是陶瓷填料与聚合物基体之间界面相容性差,且介电性质的巨大差异使得内部电场畸变严重,从而导致其易过早击穿,储能密度很难进一步提升。为了
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介质电容器具有功率密度高、充放电速度快、安全环保等优点,被广泛应用于军事、民用等领域。但其储能密度较低,不利于设备小型化、轻量化,使得其在集成领域的应用受限。陶瓷-聚合物复合电介质因能实现比单一组分更高的储能密度而被广泛研究。目前陶瓷-聚合物复合电介质存在的最大问题就是陶瓷填料与聚合物基体之间界面相容性差,且介电性质的巨大差异使得内部电场畸变严重,从而导致其易过早击穿,储能密度很难进一步提升。为了改善填料与基体之间的界面相容性及介电性质差异,从而改善内部的电场畸变。本课题设计合成了侧链含乙烯基和三氟丙基的聚氟硅氧烷PF80,并通过巯烯点击反应构建出了紧密结合的BT@PF80核壳结构,制备出了BT@PF80/P（VDF-HFP）复合薄膜,并探究了核壳结构构建对纳米复合材料介电储能的影响。结果表明,BT@PF80核壳结构的构建使得填料在基体中均匀分散,BT@PF80/P（VDF-HFP）的介电常数达到了9.43,相较于P（VDF-HFP）提高了20%。BT@PF80/P（VDF-HFP）的极化性能提升最为明显,最大极化高达7.11μC/cm~2,从而使得其可释放储能密度达到了7.80 J/cm~3,相较于P（VDF-HFP）薄膜分别提高了近130%和165%（E=350 KV/mm）。为了得到合适的壳层极化系数,使陶瓷-聚合物复合电介质内部电场分布更均匀,从而达到与基体相当的击穿强度,进一步提高纳米复合材料的储能密度。我们通过改变聚氟硅氧烷的分子结构对BT@聚氟硅氧烷核壳结构进行极化调控,从而探究了核壳结构极化调控对纳米复合材料介电储能的影响。结果表明,对BT@聚氟硅氧烷核壳结构进行极化调控,可以实现对纳米复合材料的介电储能性能进行调控。当壳层极化系数越接近最优值时,复合薄膜的内部电场分布越均匀,击穿强度就越大,储能性能越优异。本研究所有复合薄膜中,BT@PF30/P（VDF-HFP）复合薄膜具有最优异的储能性能。其可释放储能密度高达11.56 J/cm~3（E=485 KV/mm）,远高于纯P（VDF-HFP）薄膜的可释放储能密度7.27 J/cm~3（E=480 KV/mm）。
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