本文選題：納米復(fù)合材料　切入點：儲能密度　出處：《西安交通大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：隨著新能源產(chǎn)業(yè)逐步成為全球經(jīng)濟增長的一個新引擎,儲能技術(shù)作為制約新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要因素,得到了世界各國工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛研究。在眾多儲能技術(shù)路線中,介電儲能技術(shù)由于其響應(yīng)速度快、器件小型化、成本低廉等特點,在儲能領(lǐng)域具有廣泛的市場應(yīng)用前景,并且也逐漸成為了儲能技術(shù)發(fā)展中不可或缺的研究內(nèi)容。介電儲能技術(shù)的核心在于介電儲能材料的研發(fā)和制備,而介電儲能材料主要分為陶瓷材料、聚合物材料和聚合物基復(fù)合材料。其中,聚合物基復(fù)合材料通過在聚合物基體中引入填充材料如陶瓷顆粒等,結(jié)合各相材料的性能特點,得到具備高儲能性能的聚合物基復(fù)合材料。本論文以面向儲能應(yīng)用的聚合物基納米復(fù)合材料為研究對象,通過在聚合物基體中填充陶瓷納米顆粒以得到聚合物基納米復(fù)合材料,有效結(jié)合聚合物和陶瓷材料各自的性能特點。系統(tǒng)研究了納米顆粒的引入對聚合物基納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響,并分別利用納米顆粒表面改性改善納米顆粒與聚合物基體間的相容性以提高聚合物基納米復(fù)合材料的均一性,利用納米顆粒核殼包覆調(diào)控界面極化和空間電荷極化以降低聚合物基納米復(fù)合材料的能量損耗,以及利用引入介電彈性體等第三相材料以提高聚合物基納米復(fù)合材料的極化性能,從而顯著地提升了聚合物基納米復(fù)合材料的儲能性能,進一步推動了聚合物基納米復(fù)合材料在介電儲能領(lǐng)域的研究發(fā)展和工業(yè)應(yīng)用。第一章概述了本論文主要研究內(nèi)容以及相關(guān)理論和應(yīng)用背景。首先介紹了介電材料的極化機制、電擊穿特性和鐵電體中的電滯回線,并進一步引申出電介質(zhì)材料的儲能性能。然后總結(jié)和分析了陶瓷材料、聚合物材料和聚合物基復(fù)合材料在介電儲能領(lǐng)域的研究發(fā)展情況。最后介紹了本論文主要研究內(nèi)容即研究和開發(fā)面向儲能應(yīng)用的聚合物基納米復(fù)合材料。第二章系統(tǒng)研究了聚合物基納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、性能及其之間的關(guān)系。首先介紹了聚合物基納米復(fù)合材料的薄膜制備工藝,以及聚合物基納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的測試和表征手段。其次以鈦酸鋇(BaTiO_3)納米顆粒為填充顆粒,聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)為聚合物基體,制備得到鈦酸鋇-聚偏氟乙烯(BaTiO_3-PVDF)復(fù)合材料薄膜樣品,并系統(tǒng)研究了其結(jié)構(gòu)、介電性能和儲能性能,著重探討了BaTiO_3納米顆粒的引入對聚合物基納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響。然后,還研究了聚合物基納米復(fù)合材料在微波頻段的介電性能,并進一步地探討了低填充體積比聚合物基納米復(fù)合材料高擊穿場強的特點。最后,討論了納米顆粒的粒徑對聚合物基納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響。本章系統(tǒng)分析了納米顆粒的引入對聚合物基納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響,首次將該分析擴展到了微波頻段,并且成功地將高壓絕緣領(lǐng)域利用納米顆粒提高聚合物絕緣性能的手段應(yīng)用到了聚合物基納米復(fù)合材料的儲能研究中,大幅度提高了聚合物基納米復(fù)合材料的儲能密度。第三章研究了納米顆粒表面改性及核殼包覆對聚合物基納米復(fù)合材料介電性能和儲能性能的影響。分別采用聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)、四氟鄰苯二甲酸(tetrafluorophthalic acid)和鈦酸酯偶聯(lián)劑對BaTiO_3納米顆粒表面改性并制備聚合物基納米復(fù)合材料,顯著提高了聚合物基納米復(fù)合材料的均一性、擊穿場強和儲能密度。另外,利用核殼包覆在BaTiO_3納米顆粒表面包覆SiO_2殼層并制備聚合物基納米復(fù)合材料,大幅度降低了聚合物基納米復(fù)合材料的能量損耗。本章首次提出利用聚乙烯吡咯烷酮和四氟鄰苯二甲酸改善納米顆粒與聚合物基體間的相容性及其界面相,此外利用納米顆粒核殼包覆成功調(diào)控了界面極化和空間電荷極化。第四章研究了三相聚合物基納米復(fù)合材料的介電性能和儲能性能。通過在兩相聚合物基納米復(fù)合材料中引入丙烯酸酯橡膠介電彈性體(polyacrylate elastomers),利用其彈性形變有效提高了聚合物基納米復(fù)合材料的極化強度和儲能密度。此外通過在兩相聚合物基納米復(fù)合材料中引入Ag納米顆粒,利用渝滲現(xiàn)象大幅度提高了聚合物基納米復(fù)合材料的相對介電常數(shù)。本章創(chuàng)造性地利用介電彈性體的彈性形變改善聚合物基納米復(fù)合材料的極化性能,為聚合物基納米復(fù)合材料儲能研究開拓了新的研究思路。第五章概述了本論文的主要結(jié)論,并展望了聚合物基納米復(fù)合材料儲能研究的下一步發(fā)展。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西安交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB33;TB383.1

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