高介电常数高分子复合材料研究

论文摘要

为获得高介电常数、高储能密度的高分子复合材料,本文研究了酞菁铜齐聚物（CuPc,100Hz电场频率下介电常数达到105～106）添加偏氟乙烯（PVDF）和偏氟乙烯-三氟乙烯共聚体（P（VDF-TrFE））电活性高分子基体的复合材料。主要内容包括原材料的合成及其化学改性,复合材料薄膜的制备及其性能表征。简述如下:（1）通过化学改性方法成功将CuPc与聚对氯甲基苯乙烯（PCMS）进行化学接枝得到PCMS-g-CuPc,具有较高接枝率。PCMS-g-CuPc介电性能相对于CuPc未发生显著改变。（2）微观观察发现在基体中的PCMS-g-CuPc颗粒尺寸显著减小,大规模团聚现象基本消失,且PCMS-g-CuPc呈“胞”状分散,即PCMS将20nm左右的CuPc包裹在其内部。该结构克服了CuPc在PVDF和P（VDF-TrFE）基体中的分散不均匀和容易聚集成较大的颗粒的不足。（3）通过改善分散体系和降低添加物颗粒尺寸增强了复合材料的界面耦合效应,获得了两类具有高介电常数的复合材料。并且该高分子复合材料介电损耗低于同类未改性CuPc添加基体材料,该复合材料体系的击穿电场和储能密度有一定程度的提高。（4）溶液铸膜法制备的复合材料薄膜底面存在聚合物沉积,导致两层材料结构的存在,且添加体分散不均,一定程度降低了复合材料的介电性能。采用热压膜的方法对复合材料进行处理,材料介电性能得到了进一步的提高。（5）基于逾渗理论,对多壁碳纳米管进行化学改性并与PVDF进行复合,获得了具有良好分散性和介电性能的复合材料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电活性高分子简介
• 1.2 电活性高分子的研究现状及其发展
• 1.3 电活性高分子的电介质物理基础
• 1.3.1 电介质
• 1.3.2 电介质极化
• 1.3.3 电介质的重要特征
• 1.3.4 机电转换领域对EAP 的介电性能要求
• 1.4 聚合物基高介电常数复合材料
• 1.4.1 陶瓷填充聚合物基高介电常数复合材料
• 1.4.2 碳纳米管填充聚合物基高介电常数复合材料
• 1.4.3 高介电常数全有机复合材料
• 1.5 本课题研究背景及其内容
• 1.5.1 高介电常数高分子复合材料发展背景
• 1.5.2 本课题的研究内容
• 1.6 各章节内容安排
• 第二章 酞菁铜齐聚物的合成与改性
• 2.1 前言
• 2.2 酞菁铜齐聚物合成
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 合成反应方程式
• 2.2.3 合成反应步骤
• 2.2.4 产物纯化及其后处理
• 2.3 酞菁铜齐聚物改性
• 2.3.1 主要试剂
• 2.3.2 合成反应示意图
• 2.3.3 合成反应步骤
• 2.3.4 产物纯化及其后处理
• 2.4 表征手段与仪器
• 2.4.1 CuPc 中羧基含量的测定
• 2.4.2 FT-IR 分析
• 1H-NMR 分析'>2.4.3¹H-NMR 分析
• 2.4.4 ICP 分析
• 2.4.5 XRD 分析
• 2.4.6 介电性能分析
• 2.5 结果分析与讨论
• 2.5.1 CuPc 中羧基含量的测定
• 2.5.2 XRD 分析
• 2.5.3 FT-IR 分析
• 1H-NMR 分析'>2.5.4¹H-NMR 分析
• 2.5.5 ICP 分析
• 2.5.6 介电性能分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 高分子复合材料的性能分析
• 3.1 前言
• 3.2 薄膜制备
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 复合材料薄膜制备步骤
• 3.2.3 热压薄膜制备步骤
• 3.3 表征手段与仪器
• 3.3.1 SEM 和TEM 分析
• 3.3.2 DSC 分析
• 3.3.3 XRD 分析
• 3.3.4 介电性能分析
• 3.3.5 铁电性能分析
• 3.4 结果分析与讨论
• 3.4.1 SEM 和TEM 分析
• 3.4.2 DSC 分析
• 3.4.3 XRD 分析
• 3.4.4 溶液铸膜法制备薄膜的电性能分析
• 3.4.5 添加量对薄膜材料介电性能影响分析
• 3.4.6 热压膜工艺对薄膜材料介电性能影响分析
• 3.4.7 两类基体复合材料铁电性能分析
• 3.5 结论
• 第四章 MWNT/PVDF 的改性及其电性能分析
• 4.1 前言
• 4.2 MWNT 改性
• 4.2.1 主要试剂
• 4.2.2 MWNT 改性步骤
• 4.2.3 MWNT 改性流程示意图
• 4.2 薄膜制备
• 4.3 表征手段与仪器
• 4.3.1 FT-IR 分析
• 4.3.2 羧基含量滴定分析
• 4.3.3 SEM 和TEM 分析
• 4.3.4 介电性能分析
• 4.4 结果分析与讨论
• 4.4.1 FT-IR 分析
• 4.4.2 羧基含量测定
• 4.4.3 SEM 和TEM 分析
• 4.4.4 介电性能分析
• 4.5 结论
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 后继工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文