【摘要】：具有高能量密度的高介電常數(shù)材料對于介電電容器在混合動力汽車、醫(yī)療設(shè)備和電子武器方面的應(yīng)用以及介電電容器自身向小型化、集成化方向的發(fā)展來說非常重要。作為一類重要的高介電常數(shù)材料,導(dǎo)體/聚合物基復(fù)合材料在導(dǎo)體含量接近滲流閾值時(shí),會出現(xiàn)介電常數(shù)突增的現(xiàn)象,滿足介電電容器對于高介電常數(shù)的需求。但同時(shí),也伴隨著介電損耗突增和擊穿強(qiáng)度降低的問題,不利于儲能密度的提高。因此,研發(fā)一種兼具高介電常數(shù)、低介電損耗的高能量密度聚合物基復(fù)合材料是一項(xiàng)非常有意義的工作。本文的研究工作主要針對這個(gè)目標(biāo)展開。首先,基于含有導(dǎo)電層和絕緣層的層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),我們以碳納米管(CNT)、氰酸酯(CE)樹脂和六方氮化硼(h BN)為原料,制備了含量為0.4wt%的CNT/CE(0.4CNT/CE,記為C層)和h BN/CE(記為B層)組成的多層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。根據(jù)B層和C層的位置不同,得到了三種層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料BC、BCB和CBC。研究了不同的層狀結(jié)構(gòu)和層內(nèi)組分對復(fù)合材料的介電性能、擊穿強(qiáng)度和能量密度的影響,并與單層的0.4CNT/CE的綜合性能相比較。結(jié)果表明,三種層狀結(jié)構(gòu)均具有更低的介電損耗和改善的擊穿強(qiáng)度。其中BC和CBC結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)遠(yuǎn)大于0.4CNT/CE復(fù)合材料的值,特別地,h BN占B層含量為20wt%的C20BC結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)可達(dá)323(100Hz),對應(yīng)的介電損耗僅為0.049(100Hz),分別是0.4CNT/CE的10倍和2.6×10-3倍;同時(shí),該結(jié)構(gòu)的擊穿強(qiáng)度和能量密度也分別達(dá)到0.4CNT/CE復(fù)合材料的1.5倍和25倍。這些突出的性能源于復(fù)合材料的多層結(jié)構(gòu)。層狀結(jié)構(gòu)中,B層的存在一方面能夠阻止導(dǎo)電通路的形成,達(dá)到降低介電損耗、改善擊穿強(qiáng)度的作用;另一方面,B層與C層之間電導(dǎo)率的巨大差異使得層之間產(chǎn)生界面極化,賦予復(fù)合材料大幅提高的介電常數(shù)。其次,為了保留界面極化對于提高介電常數(shù)的有益效果,同時(shí)進(jìn)一步改善擊穿強(qiáng)度,更系統(tǒng)地研究層狀結(jié)構(gòu)對介電性能的影響,我們在C20BC(記為I)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,繼續(xù)在其一端或兩端旋涂B層,分別得到了四層結(jié)構(gòu)BI和五層結(jié)構(gòu)BIB。結(jié)果表明,在相同的h BN含量下,BI和BIB結(jié)構(gòu)的介電損耗低于I結(jié)構(gòu),并且擊穿強(qiáng)度得到進(jìn)一步改善。但是由于B層作為絕緣層阻止電荷傳輸?shù)淖饔脧?qiáng)于層間界面極化的作用,BI和BIB的介電常數(shù)較I結(jié)構(gòu)并沒有提高,但是BI結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)是0.4CNT/CE的2.8倍。同時(shí),與0.4CNT/CE相比,BI和BIB結(jié)構(gòu)的能量密度均獲得了提高,分別是前者的9倍和4.5倍。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB332

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本文編號：2738101