【摘要】：高性能的儲能材料在先進(jìn)的電子和脈沖電力系統(tǒng)中是至關(guān)重要的,與無機(jī)陶瓷介電材料相比,聚合物電介質(zhì)具有更高的介電強(qiáng)度和更強(qiáng)的靈活性,是一種很有前途的儲能材料。然而,由于聚合物本身具有低的介電常數(shù)和鐵電性能,儲能能力受到了限制。因此,本文通過對無機(jī)填充相的微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控及聚偏氟乙烯基復(fù)合材料的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計,提出了一種制備高儲能密度材料的新思路。首先,由于0.5Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3(BZT-BCT)作為一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的陶瓷,具有優(yōu)秀的鐵電體電滯特性,本文利用溶膠凝膠法和靜電紡絲法分別制備了0.5Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3納米顆粒(BZT-BCT NPs)和0.5Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3納米纖維(BZT-BCT NFs),并利用溶液涂膜法制備了BZT-BCT NPs/PVDF和BZT-BCT NFs/PVDF兩種復(fù)合介質(zhì),并對其進(jìn)行了介電性能和儲能特性研究。研究發(fā)現(xiàn),一維的BZT-BCT NFs在各方面均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。10 vol.%BZT-BCT NFs/PVDF的介電常數(shù)達(dá)到最高的17.33,5 vol.%BZT-BCT NFs/PVDF擊穿場強(qiáng)達(dá)到了310 kV/mm,儲能密度達(dá)到近7.8J/cm3,充放電效率保持在50%左右。在此研究基礎(chǔ)之上,本文又對不同結(jié)構(gòu)的三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合介質(zhì)進(jìn)行了研究。由于六方氮化硼(BN)具有良好絕緣性能、優(yōu)異導(dǎo)熱性能、低損耗等特性,本文將其作為中間層填充相,制備Fe3O4@BNNSs-PVDF(Fe3O4@BN-P)中間層復(fù)合介質(zhì);此外,本文將具有高介電常數(shù)的BZT-BCT NFs作為外層填充相,制備了BZT-BCT NFs-PVDF(B-P)外層復(fù)合介質(zhì),最終熱壓成B-P/Fe3O4@BN-P/B-P復(fù)合三明治結(jié)構(gòu),同時設(shè)計B-P/BN-P/B-P和P/Fe3O4@BN-P/P兩個復(fù)合三明治結(jié)構(gòu)作為對比。研究結(jié)果表明,B-P/Fe3O4@BN-P/B-P三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合介質(zhì)的性能明顯增強(qiáng)。在100 Hz下,B-P/5vol.%Fe3O4@BN-P/B-P的介電常數(shù)達(dá)到17;在350 kV/mm的外加電場下,B-P/5vol.%Fe3O4@BN-P/B-P的儲能密度達(dá)到最大值8.9 J/cm3。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB34
【圖文】：

圖 2-1 BZT-BCT 納米顆粒的制備流程圖Fig. 2-1 Preparation flow chart of BZT-BCT nanoparticlesT-BCT NFs 的制備紡絲法制備 BZT-BCT NFs 的步驟：配置前驅(qū)體溶液：步，利用移液槍精確稱量 3.7974ml 酒精， 9.0476 ml CH3Cl C5H8O2，將其倒入適合容量的燒杯中，并持續(xù)攪拌。步，依次精確稱量 2.172 g Ba(OH) 8H2O，0.09 g Ca(OH) ，O8，2.475 g C16H36O4Ti，每樣藥品依次間隔 20min 倒入持續(xù)攪拌液澄清無明顯沉淀。步，最后稱量 0.7 g 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，分批次依次少量加液中，密封攪拌 12 h，得到前驅(qū)體溶液。靜電紡絲：將適量的 BZT-BCT 紡絲前驅(qū)體溶液裝入帶有金屬針針頭,加載+V=15 kV，-V=15 kV 的正負(fù)電壓。根據(jù)當(dāng)時的環(huán)境節(jié)適當(dāng)?shù)慕邮站嚯x和推進(jìn)速度，進(jìn)行紡絲實(shí)驗(yàn)。高溫?zé)Y(jié)：將上述納米纖維前驅(qū)體從鋁箔上逐層揭下平鋪到坩

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文(2) 涂膜：將排泡處理后的溶液倒在擦洗干凈的玻璃板上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需厚度設(shè)置刮膜刀的參數(shù)，并進(jìn)行涂膜。(3) 固化淬火：將涂好的濕膜先于 45 ℃的烘箱中 5 h，隨之調(diào)節(jié)烘箱溫度為200 ℃，保溫 9 min。待加熱結(jié)束后，立即取出復(fù)合介質(zhì)放入冰水混合物中，隨后在 70 ℃下烘 12 h，得到淬火復(fù)合介質(zhì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)置無機(jī)填料的體積分?jǐn)?shù)，分別制備相對應(yīng)的單層復(fù)合介質(zhì)。利用同樣的方法制備 BZT-BCT NFs/PVDF、Fe3O4@BNNSs-PVDF 、BNNSs-PVDF、純 PVDF 單層介質(zhì)。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 顧逸韜;劉宏波;馬海華;童苑馨;;電介質(zhì)儲能材料研究進(jìn)展[J];絕緣材料;2015年11期

2 李雪艷;王德松;安靜;羅青枝;殷蓉;王彥紅;王景慧;;導(dǎo)電聚合物/無機(jī)納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2007年S1期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 周濤;鈦酸銅鈣/聚酰亞胺高介電常數(shù)耐高溫復(fù)合材料的制備及性能研究[D];北京化工大學(xué);2009年

本文編號：2742406