BaTiO3/PVDF复合电介质材料制备及性能研究

论文摘要

本文以设计制备一种应用于脉冲电容器,兼具铁电陶瓷高介电常数和聚合物良好成型加工性能的储能介质材料为目的,采用Ba Ti O3粉体为功能相,热塑性聚合物PVDF为基体相,开展了Ba Ti O3/PVDF复合电介质材料制备及性能研究。采用TG、高温流变仪等手段研究了Ba Ti O3/PVDF复合材料的混料工艺和热压成型工艺,结果表明:预剪切工艺可以降低PVDF聚合物基体的高温粘度,有利于复合材料成型。Ba Ti O3/PVDF复合材料的成型温度区间控制在160℃300℃之间,在此区间内基体粘度>100Pa·s。用250℃、100MPa的热压工艺制备Ba Ti O3/PVDF复合材料试样,试样致密度>95%。采用XRD、SEM和阻抗分析仪等手段研究了Ba Ti O3粉体粒径、体积分数对复合材料介电性能和力学性能的影响,结果表明:Ba Ti O3粉体具有尺寸驱动的由铁电相向顺电相转变的“尺寸效应”,极限尺寸约为100nm。复合材料的介电常数和介质损耗受粉体粒径、体积分数和材料内部的界面共同影响。高频下Ba Ti O3体积分数对于复合材料介电常数的影响符合改进的Lichtnecker方程。由于界面、不均匀和气孔等细微缺陷的存在,随着Ba Ti O3粉体粒径的减小和体积分数的升高,复合材料的介电强度降低。采用液相沉淀法对纳米Ba Ti O3粉体进行包覆Al2O3改性,采用TEM、XPS和XRD等手段研究了包覆工艺参数对包覆效果的影响,结果表明:Al3+浓度和p H值对于包覆层效果影响较大。Al3+浓度1mol/L,p H值控制在8,烧结温度500℃时,可以得到均匀完整包覆的Al2O3-Ba Ti O3粉体。烧结后得到Al2O3以无定形态附着在Ba Ti O3表面的核-壳结构粉体。考察了包覆Al2O3改性工艺对Ba Ti O3/PVDF复合材料介电常数、介质损耗和介电强度的影响。结果表明:Al2O3包覆Ba Ti O3一定程度上降低了Ba Ti O3/PVDF复合材料的介电常数;对复合材料介质损耗的影响不大,但明显提高了复合材料的介电强度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电介质材料的基本性质
• 1.1.1 电介质的极化与介电常数
• 1.1.2 电介质的损耗
• 1.1.3 电介质的击穿
• 1.2 电介质材料的储能特性
• 1.2.1 电介质材料储能的基本原理
• 1.2.2 影响电介质储能密度的因素
• 1.3 高介电复合电介质材料的研究进展
• 1.3.1 导电体/聚合物复合电介质材料
• 1.3.2 全有机高介电复合电介质材料
• 1.3.3 陶瓷/聚合物复合电介质材料
• 1.4 陶瓷粉体表面包覆改性研究
• 1.5 陶瓷/聚合物复合电介质材料体系的选择
• 1.6 本课题的研究目的和研究内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 3/PVDF复合材料的制备'>第二章 BaTiO₃/PVDF复合材料的制备
• 2.1 实验原料
• 2.2 复合材料的混料工艺研究
• 3/PVDF复合粉料的热物理性能'>2.2.1 BaTiO₃/PVDF复合粉料的热物理性能
• 2.2.2 混料工艺的选择
• 2.3 复合材料成型工艺选择
• 2.3.1 成型工艺选择
• 2.3.2 模压成型工艺研究
• 2.4 本章小结
• 3/PVDF复合材料性能研究'>第三章 BaTiO₃/PVDF复合材料性能研究
• 3粉体粒径对复合材料性能的影响'>3.1 BaTiO₃粉体粒径对复合材料性能的影响
• 3粉体粒径和晶体结构'>3.1.1 BaTiO₃粉体粒径和晶体结构
• 3粉体粒径对复合材料介电常数的影响'>3.1.2 BaTiO₃粉体粒径对复合材料介电常数的影响
• 3粉体粒径对复合材料介质损耗的影响'>3.1.3 BaTiO₃粉体粒径对复合材料介质损耗的影响
• 3粉体粒径对复合材料介电强度的影响'>3.1.4 BaTiO₃粉体粒径对复合材料介电强度的影响
• 3粉体体积分数对复合材料性能的影响'>3.2 BaTiO₃粉体体积分数对复合材料性能的影响
• 3粉体体积分数对复合材料微观形貌的影响'>3.2.1 BaTiO₃粉体体积分数对复合材料微观形貌的影响
• 3粉体体积分数对复合材料介电常数的影响'>3.2.2 BaTiO₃粉体体积分数对复合材料介电常数的影响
• 3粉体体积分数对复合材料介质损耗的影响'>3.2.3 BaTiO₃粉体体积分数对复合材料介质损耗的影响
• 3粉体体积分数对复合材料介电强度的影响'>3.2.4 BaTiO₃粉体体积分数对复合材料介电强度的影响
• 3粉体体积分数对复合材料弯曲强度的影响'>3.2.5 BaTiO₃粉体体积分数对复合材料弯曲强度的影响
• 3.3 本章小结
• 2O₃包覆BaTiO₃粉体的制备及对复合材料介电性能的影响研究'>第四章 Al₂O₃包覆BaTiO₃粉体的制备及对复合材料介电性能的影响研究
• 3粉体表面包覆机理'>4.1 BaTiO₃粉体表面包覆机理
• 3粉体表面包覆工艺研究'>4.2 BaTiO₃粉体表面包覆工艺研究
• 4.2.1 包覆工艺流程
• 4.2.2 铝离子浓度对包覆效果的影响
• 4.2.3 p H值对包覆效果的影响
• 4.2.4 煅烧温度对包覆产物的影响
• 2O₃包覆BaTiO₃粉体的结构分析'>4.3 Al₂O₃包覆BaTiO₃粉体的结构分析
• 2O₃包覆对BaTiO₃/PVDF复合材料性能的影响'>4.4 Al₂O₃包覆对BaTiO₃/PVDF复合材料性能的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果