聚偏氟乙烯/钛酸钡复合材料的制备及介电性能的研究

论文摘要

聚合物基陶瓷复合电介质结合了陶瓷电介质和聚合物电介质各自的优点,在储能材料方面具有广泛的应用前景。本文采用物理共混法制备了Ni/BaTiO3/PVDF三相复合材料,系统研究了复合材料的介电性能、击穿场强以及储能密度随改性Ni和BaTiO3含量变化关系；采用旋涂法和流延成型法制备了多层BaTiO3/PVDF复合材料,研究了多层BaTiO3/PVDF复合材料的结构参数对复合材料介电性能和击穿场强的影响,并通过介频谱揭示界面极化提高电介质复合材料介电常数的机理。1)Ni/BaTiO3/PVDF三相复合材料的介电常数随BaTiO3含量的增加而增加,随着Ni含量的增加则表现出先升后降的趋势,1w%Ni能提供最优的介电性能,在BaTiO3含量为50v%时介电常数约为40；复合材料的击穿场强随BaTiO3含量的增加大体表现出下降趋势,而随Ni含量增加表现为先升后降,3w%Ni时复合材料击穿场强超过175 Kv/mm,库伦阻塞效应可以很好地解释这一结果；复合材料的储能密度在3w%Ni含量的情况下都能保持在较高水平上,超过2.0J/cm3。2)通过旋涂法和流延成型法制备的多层BaTiO3/PVDF复合材料层间结合情况良好,无明显剥离现象；与单层BaTiO3/PVDF复合材料相比,多层复合材料低频介电常数明显提高,其中,在整体BaTiO3含量为55v%时两层复合材料的介电常数达190,是相同BaTiO3含量的单层复合材料介电常数的三倍多,体现了非均相界面极化的增加；由于层间界面捕获空间电荷的缘故,多层复合材料击穿场强远远低于单层结构的复合材料,均在10Kv/mm以下。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 电介质材料简介
• 1.2.1 介电常数
• 1.2.2 介电损耗
• 1.2.3 击穿场强
• 1.3 电介质复合材料研究进展
• 1.3.1 聚合物基陶瓷复合材料
• 1.3.2 全有机高介电复合材料
• 1.3.3 导电填料填充聚合物复合材料
• 1.4 多层聚合物基纳米复合材料
• 1.4.1 多层复合材料介电常数
• 1.4.2 多层复合材料介电损耗
• 1.4.3 多层结构复合材料击穿场强
• 1.5 聚合物基纳米复合材料制备工艺
• 1.5.1 共混法
• 1.5.2 溶胶凝胶法
• 1.6 本文研究的目的和意义
• 1.7 本文研究内容
• 3/PVDF复合材料制备及介电性能研究'>第二章 Ni/BaTiO₃/PVDF复合材料制备及介电性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验原料及设备
• 2.3 实验方法及制备工艺
• 3、Ni颗粒表面改性'>2.3.1 BaTiO₃、Ni颗粒表面改性
• 3/PVDF复合材料制备'>2.3.2 Ni/BaTiO₃/PVDF复合材料制备
• 2.4 实验安排
• 2.5 性能测试方法
• 2.5.1 介电性能测试方法
• 2.5.2 击穿场强测试方法
• 2.5.3 形貌表征方法
• 2.6 结果与讨论
• 2.6.1 介电性能分析
• 2.6.2 击穿场强分析
• 2.6.3 储能密度分析
• 2.6.4 形貌分析
• 3/PVDF复合材料'>2.7 三层Ni/BaTiO₃/PVDF复合材料
• 2.8 本章小结
• 3/PVDF复合材料制备及介电性能研究'>第三章 多层BaTiO₃/PVDF复合材料制备及介电性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验原料及设备
• 3.3 实验方法
• 3.4 性能测试方法
• 3.4.1 介电性能测试方法
• 3.4.2 击穿场强测试方法
• 3.4.3 形貌表征方法
• 3/PVDF复合材料'>3.5 旋涂法制备多层BaTiO₃/PVDF复合材料
• 3.5.1 多层复合材料设计思想
• 3.5.2 形貌表征
• 3.5.3 介电常数分析
• 3.5.4 介电频谱分析及机理解释
• 3.5.5 击穿场强分析及机理解释
• 3/PVDF复合材料'>3.6 流延成型法制备多层BaTiO₃/PVDF复合材料
• 3.6.1 形貌表征
• 3.6.2 介电性能及频谱分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 研究成果及发表学术论文
• 致谢
• 作者及导师简介