【摘 要】
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传统电介质电容器具有功率密度大、循环次数多、使用寿命长等优点,在新能源、医疗设备、航空航天、电磁脉冲等领域应用广泛。但传统电介质电容器的储能密度偏低、体积偏大,不能满足目前市场对储能设备的需求。聚合物基复合电介质材料具有可加工性和灵活性,在储能领域占据一席之地,但依旧存在一些亟待解决的问题,如储能密度偏低。针对以上问题,本文以聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯（PVDF-CTFE）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA
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传统电介质电容器具有功率密度大、循环次数多、使用寿命长等优点,在新能源、医疗设备、航空航天、电磁脉冲等领域应用广泛。但传统电介质电容器的储能密度偏低、体积偏大,不能满足目前市场对储能设备的需求。聚合物基复合电介质材料具有可加工性和灵活性,在储能领域占据一席之地,但依旧存在一些亟待解决的问题,如储能密度偏低。针对以上问题,本文以聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯（PVDF-CTFE）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的共混聚合物基体作为研究对象。分别探究了不同热处理温度、不同钛酸锶（SrTi O3）纳米颗粒含量以及构建三明治结构对电介质材料的介电性能、击穿场强和储能性能的影响。开展的主要研究工作如下:（1）对PVDF-CTFE和PMMA进行溶液共混处理及热处理,制备得到相容性良好的共混聚合物薄膜PVDF-CTFE/PMMA。研究不同热处理温度对共混聚合物薄膜的储能性能影响。研究表明,随着热处理温度的升高,PVDF-CTFE/PMMA的β相含量先增大后减小。当热处理温度为110℃时,PVDF-CTFE/PMMA拥有最高的β相含量（93.7%）和最优异的储能性能。在3972 k V/cm的击穿场强下,110℃下热处理的PVDF-CTFE/PMMA可释放储能密度达到4.43 J/cm~3,储能效率高达95.2%。不同热处理温度下PVDF-CTFE/PMMA的β相含量不同,这与β相PVDF-CTFE的分子链构型拥有最大的偶极矩,自发极化强度最大有关,高含量的β相PVDF-CTFE/PMMA可以带来更高的储能密度。（2）选取高介电的SrTi O3纳米颗粒作为填充材料,随机分散在共混聚合物薄膜PVDF-CTFE/PMMA中,制备单层聚合物基复合电介质材料SrTi O3/PVDF-CTFE/PMMA。探究填充不同含量SrTi O3纳米颗粒对共混聚合物薄膜基体的介电、储能性能的影响。研究发现,随着SrTi O3纳米颗粒含量的增加,填充材料和PVDF-CTFE/PMMA基体的接触界面变多,增加了复合电介质材料的界面极化,提升介电常数。当电场为3727 k V/cm时,填充1.5 wt.%SrTi O3纳米颗粒的单层聚合物基复合电介质材料具有最佳的可释放储能密度7.15 J/cm~3及86%的储能效率。（3）采用溶液流延法成功制备了三明治结构聚合物基复合电介质材料,其中间层为高介电常数的SrTi O3/PVDF-CTFE,外层为高击穿场强的PVDF-CTFE/PMMA。揭示了三明治结构对复合电介质材料介电性能和储能性能的影响。研究表明,三明治结构聚合物基复合电介质材料中层与层之间的界面极化提升了整体介电性能,并对电介质材料的击穿起到阻碍作用,提升击穿场强,进而提高电介质材料的可释放储能密度。填充1.5wt.%SrTi O3纳米颗粒的三明治结构聚合物基复合电介质材料击穿场强是5558 k V/cm,储能效率为87%,储能密度高达19.4 J/cm~3,相比110℃下淬火的共混聚合物PVDF-CTFE/PMMA提高337%。
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