高介电低损耗聚合物纳米复合材料的可控制备与性能调控

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 40次 | 上传用户:cngvr
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
具有高介电常数、低介电损耗以及高储能密度的聚合物纳米复合电介质材料在现代电子和电气设备中有广泛的应用前景,研究和开发具有高性能的聚合物纳米复合电介质材料在推动国民经济发展和提升国家防卫能力方面具有极其重要的意义。尽管前人为提升聚合物纳米复合电介质材料的综合性能做出了很多贡献和努力,但依然还有不少问题亟待解决,如纳米填料的分散性问题、纳米填料与聚合物基体之间的界面问题、以及纳米填料的高填充量问题等。为了解决这些问题,本文探索了一系列简单、快速、高效可控的方法,对纳米填料的表面进行功能化改性,通过设计合成不同的界面结构,系统地研究了界面结构对聚合物纳米复合电介质材料性能的影响,并在此基础上,成功地制备了具有优越的介电性能的聚合物纳米复合电介质材料。首先,为了提高纳米颗粒的分散性以及纳米颗粒与聚合物基体的界面相容性,我们分别采用“Grafting from”和“Grafting to”的策略,以钛酸钡(Ba TiO3,BT)纳米颗粒为核,通过原位引发的可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合和“巯基-乙烯基”(“Thiol-Ene”)点击化学反应,设计合成了一系列具有核-壳结构的Polymer@BT聚合物纳米复合电介质材料。在这一类材料中,绝缘的聚合物壳不仅可以充当隔离层来防止BT纳米颗粒的团聚,而且还可直接充当聚合物基体。纳米填料与聚合物基体之间通过共价键相连,因此聚合物纳米复合材料中的界面结构很紧密。在这个过程中,我们采用FT-IR、1H NMR、TGA、TEM、动态光散射等测试手段对纳米颗粒的表面改性进行了详细表征,证明了核-壳结构的Polymer@BT纳米颗粒的成功制备。并且,还通过调节单体配比或接枝聚合物链的分子量,对聚合物纳米复合材料的组成或接枝密度进行调控,系统地研究了界面结构对聚合物纳米复合材料介电性能的影响。其次,为了进一步提升介电性能,我们开发了一种新的策略,以改善高介电常数的纳米填料(BT)和铁电聚合物基体聚偏氟乙烯-六氟丙烯[P(VDF-HFP)]之间的界面。首先,通过表面引发的RAFT聚合,在BT颗粒表面引发两种类型的氟代丙烯酸酯单体聚合,合成了具有核-壳结构的Fluoro-polymer@BT纳米颗粒,使颗粒表面的壳层聚合物具有不同的厚度或不同的分子结构。接着,通过溶液共混和热压成型工艺制备了P(VDF-HFP)/Fluoro-polymer@BT纳米复合材料。相应的纳米复合材料的介电性能和能量存储能力分别由宽频介电谱仪和铁电仪进行了测试。结果表明,所制备的纳米复合材料成功地实现了高的储能密度和低的介电损耗。而且,这类P(VDF-HFP)纳米复合材料的介电性能和储能密度可以通过调节Fluoro-polymer@BT纳米颗粒表面含氟聚合物壳的结构和/或厚度进行调控。第三,为了降低聚合物纳米复合材料的介电损耗,提高其击穿强度和储能密度,我们设计合成了具有草莓状核-壳结构的BT-PDA-Ag纳米颗粒,并以P(VDF-HFP)聚合物作为基体,通过溶液共混和热压成型工艺制备了聚合物纳米复合电介质材料。利用多巴胺的自聚合特性和还原性,在BT纳米颗粒表面包覆一层聚多巴胺(PDA),并通过原位还原将Ag纳米颗粒嵌入到壳层的PDA聚合物中。利用Ag纳米颗粒的库仑阻塞效应,成功地抑制了聚合物纳米复合材料内部的泄漏电流、降低了介电损耗、提高了击穿强度和储能密度。最后,为了降低填料含量,制备可以应用于小型化、轻量化以及柔韧化电子电气设备的聚合物纳米复合电介质材料,我们开发了一种精确可控和环境友好的方式来制备含氟聚合物功能化改性的石墨烯(PF-PDA-RGO),用于制备柔性的铁电聚合物基纳米复合电介质材料。与未改性的RGO相比,我们所制备的PF-PDA-RGO在P(VDF-HFP)聚合物基体中具有良好的分散性,相应的聚合物纳米复合材料具有紧密的界面结构,以及较低的逾渗阈值(=1.06 v%)。因此,我们所制备的P(VDF-HFP)/PF-PDA-RGO纳米复合材料在较低的填料含量时即可显示出较高的介电常数,同时还可以保持相对较低的介电损耗和优良的柔韧性。这为制备高性能的柔性纳米电解质材料提供了一条有效的途径。
其他文献
【目的】明确甲氧香螨酯Scopoletin亚致死浓度对截形叶螨解毒酶活性的影响.【方法】采用叶片浸渍法测定了甲氧香螨酯对截形叶螨的亚致死浓度LC10和LC30,并分析了用此两种浓度
阅读与写作作为语文教育过程中较为重要的一个环节,对于提升学生的阅读能力以及写作能力有着非常积极的意义。随着现阶段我国教育事业的不断发展,新课标改革对于小学阶段学生
1997年7月初从泰国开始发生的金融危机迅速蔓延到整个东亚和东南亚各地,并影响了世界其他各地。香港在这次危机中也受到了沉重打击。外贸、金融受到巨大挑战,人们的投资和消费信心受
随着施工技术和新理论的迅速发展,土建行业也度过了发展的优胜时期,逐渐的,社会对该行业的要求也越来越高,已从原来的安全稳定提高到了对环境的要求。这样导致传统的被认可的
企业文化是一个企业在生产经营过程中逐步形成和发展起来的独特文化,企业文化建设对一个企业的发展壮大有重要意义.本文论述了企业文化的涵义和作用,从七个方面探讨了美国通
对北京化工大学2006-2016年发表的ESI论文从入围学科、潜在优势学科、论文作者群及与同类院校对比等属性进行统计,梳理其分布规律和内在联系,以期研究学校科研产出的特点和现
本文指出了现行特区税收征管体制与涉外经济发展不相适应之处,结合时代的发展需求和特区的经济特点,提出从统一政策、完善法制、健全机构、理顺体制和依托科技五个方面完善经
风险投资在我国正处于迅速发展之中,但目前我国风险投资的发展受到许多因素的制约.本文分析了这些制约因素并提出了相应的对策建议.
ue*M#’#dkB4##8#”专利申请号:00109“7公开号:1278062申请日:00.06.23公开日:00.12.27申请人地址:(100084川C京市海淀区清华园申请人:清华大学发明人:隋森芳文摘:本发明属于生物技
ue*M#’#dkB4##8#”专利申请号:00109“7公开号:1278062申请日:00.06.23公开日:00.12.27申请人地址:(100084川C京市海淀区清华园申请人:清华大学发明人:隋森芳文摘:本发明属于生物技