本文選題：石墨烯　切入點(diǎn)：聚離子液體　出處：《蘇州大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：高介電常數(shù)材料是當(dāng)今功能材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,其在電子元器件、機(jī)械、航空航天和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。相對(duì)于傳統(tǒng)的高介電常數(shù)無機(jī)材料,聚合物基復(fù)合材料以其輕質(zhì)、良好的工藝性和韌性而受到了廣泛關(guān)注。近年來,最為熱門的碳導(dǎo)體材料以其獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的導(dǎo)電性在高介電復(fù)合材料研究方面具有無比巨大的前景。然而,納米碳材料在作為功能體加入樹脂基體中時(shí),若不進(jìn)行表面處理,則存在非常明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。另一方面,離子容易被禁錮在交聯(lián)固化樹脂當(dāng)中而無法遷移,若離子液體在樹脂基體中形成微相分離乃至雙連續(xù)相,構(gòu)成離子導(dǎo)通通道,此時(shí)的復(fù)合材料將會(huì)具有改善的離子電導(dǎo)率,復(fù)合材料將會(huì)有更好的介電性能。本文的研究工作主要包括以下兩部分。首先,我們成功合成了新型環(huán)氧基功能化離子液體(e-VimiBF4)并通過π陽(yáng)離子-π相互作用制備了一種新型的聚離子液體/石墨烯雜化體(PIL-TrGO)。使PIL成功負(fù)載于TrGO表面,石墨烯雜化體保持了TrGO優(yōu)異的電導(dǎo)率(10-2S/cm),在此基礎(chǔ)上將PIL-TrGO雜化體加入到氰酸酯(CE)樹脂中,制備了PIL-TrGO/CE復(fù)合材料,系統(tǒng)研究了復(fù)合材料的介電性能。研究結(jié)果表明,與TrGO/CE復(fù)合材料相比,PIL-TrGO/CE復(fù)合材料的介電性能更為優(yōu)異。在接近復(fù)合材料滲流閾值(fc)時(shí),100Hz下,1PIL-TrGO/CE復(fù)合材料的介電常數(shù)和介電損耗分別為0.6TrGO/CE復(fù)合材料的13倍和0.57倍,三元復(fù)合材料的滲流閾值也僅只有0.94wt%。三元復(fù)合材料較高的介電常數(shù)是由于所制得的PIL-TrGO雜化體在復(fù)合材料中具有很好的分散性和相容性,且雜化體中PIL表層上的環(huán)氧基官能團(tuán)可以與CE發(fā)生共聚反應(yīng),增加了PIL-TrGO雜化體在樹脂基體中的分散穩(wěn)定性,從而大大增加了復(fù)合材料中微電容結(jié)構(gòu)。此外,高極性的PIL包覆層可以引入更多的極性界面,增加了Maxwell-Wagner-Sillars(MWS)極化作用。而較低的介電損耗是由于電子絕緣的PIL存在于石墨烯表面,阻礙了電子導(dǎo)通通道的形成。其次,研究了復(fù)合材料中離子電導(dǎo)對(duì)其介電性能的影響。設(shè)計(jì)制備了具有分相結(jié)構(gòu)的PIL/CE復(fù)合材料,并在復(fù)合材料中引入鋰鹽,利用鋰離子的高電荷遷移率,制備了Li+/PIL/CE高介電常數(shù)復(fù)合材料,并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明隨著PIL含量的增大,復(fù)合材料中出現(xiàn)了微相分離;PIL相在基體中均勻分散,且相疇大小在200nm-500nm左右。所制備的Li+/PIL/CE三元復(fù)合材料具有較優(yōu)的介電性能,100Hz下10Li+/PIL/CE的介電常數(shù)是10PIL/CE二元復(fù)合材料的6.6倍,三元復(fù)合材料的電容值在較大頻率范圍(102-106Hz)內(nèi)也比10PIL/CE復(fù)合材料高出將近一個(gè)數(shù)量級(jí)。這是由于環(huán)氧基功能化的PIL可以與CE樹脂發(fā)生共聚反應(yīng),微相分離的PIL相在CE樹脂基體中具有優(yōu)良的分散性,可以形成大量的界面區(qū)域。此外,Li+也可以在PIL相中通過跳躍機(jī)制和聚合物長(zhǎng)鏈的鏈段運(yùn)動(dòng)形成離子電導(dǎo),使得MWS界面極化作用顯著增強(qiáng)。正負(fù)電荷可以在PIL相表面富集,在樹脂基體中并形成大量以PIL為電極、CE為電介質(zhì)的微電容結(jié)構(gòu),有利于其作為儲(chǔ)能電容器方面的應(yīng)用。
[Abstract]:The high dielectric constant material is one of the research hotspot in the field of functional material, its mechanical in electronic components, and has great application value in aerospace and biomedical fields. Compared with the traditional high permittivity inorganic materials, polymer composite materials such as lightweight, technology and good toughness and has attracted extensive attention. In recent years, the most popular carbon conductor material with its unique nano structure and excellent electrical conductivity has a very great prospect in high dielectric composite materials research. However, the carbon nano material in the body as a function of adding resin matrix, without surface treatment, there is a very obvious phenomenon of agglomeration on the other hand, ion is easy to be imprisoned and unable to migrate in curing resin, if the ionic liquid in the resin matrix and the formation of micro phase separation of double continuous phase, an ion channel, The composite material will have improved ionic conductivity of the composite material will have better dielectric properties. The main research work of this paper includes the following two parts. Firstly, we successfully synthesized a new type of epoxy group functionalized ionic liquid (e-VimiBF4) and the PI cation pi interaction for preparation of a novel poly ion the liquid / graphene hybrid (PIL-TrGO). PIL has successfully loaded on the surface of the TrGO graphene hybrid maintains excellent conductivity of TrGO (10-2S/cm), based on PIL-TrGO hybrid into cyanate ester (CE) resin, PIL-TrGO/CE composite materials were prepared and studied the dielectric properties of the composite materials research results show that compared with TrGO/CE composites, the dielectric properties of PIL-TrGO/CE composites is more excellent. The composite near the percolation threshold (FC), 100Hz, 1PIL-TrGO/, CE composite dielectric constant The number and dielectric loss of 0.6TrGO/CE composite materials were 13 times and 0.57 times the percolation threshold of the composites is only three yuan only three yuan 0.94wt%. the dielectric constant of composites is higher because the PIL-TrGO hybrids were prepared with dispersion and good compatibility in the composite material, and epoxy group hybrid PIL surface can be copolymerized with CE, increase the dispersion and stability of PIL-TrGO hybrids in the resin matrix, thereby greatly increasing the micro capacitance structure in composite materials. In addition, the high polarity of the PIL coating layer can introduce more polar interface, increased Maxwell-Wagner-Sillars (MWS) polarization. The low dielectric loss is due to electrical insulation of PIL exist in the surface of graphene, hindered the formation of electronic conduction channel. Secondly, study the effect of ionic conductivity of composite materials on its dielectric properties. PIL/CE composite materials with phase structure were prepared, and the introduction of lithium in composite materials, high charge mobility using lithium ion, Li+/PIL/CE high dielectric constant of the composite material was prepared, and has carried on the system research. The results show that with the increase of PIL content, the composite in the micro phase separation; dispersed phase in PIL matrix, and the domain size is about 200nm-500nm. The three element composite material prepared by Li+/PIL/CE has better dielectric properties, the dielectric constant of 10Li+/PIL/CE 100Hz is 6.6 times the two yuan 10PIL/CE composite, three element composite capacitance value in a wide frequency range (102-106Hz) also than 10PIL/CE composites by nearly an order of magnitude. This is due to the epoxy functionalized PIL can be copolymerized with CE resin, the microphase separation of PIL phase in CE resin with excellent dispersibility, Can be formed of a large area of the interface. In addition, Li+ can also be formed by ion conductance in PIL phase jump mechanism and long chain polymer chain segment movement, makes the MWS interface polarization significantly enhanced. The positive and negative charges in the PIL phase surface enrichment, in the resin matrix and the formation of a large number of PIL electrode, CE micro capacitor structure the dielectric, which is favorable for application of energy storage capacitors.

【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB332

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本文編號(hào)：1611594