聚丙烯(PP)薄膜已廣泛應(yīng)用于薄膜型電容器和靜電儲能元件,但較低的介電常數(shù)限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。本文以PP為基體材料,通過摻雜低含量的六方氮化硼(h-BN)二維納米片,制備出聚丙烯/氮化硼納米復(fù)合薄膜,以提高PP介電常數(shù)。其中一個關(guān)鍵因素是調(diào)控兩相界面,以獲得h-BN在PP中的良好分散和與基體的緊密結(jié)合。本論文通過超聲剝離的方式制備少層氮化硼納米片(BNNSs),并采用鹽酸多巴胺(PDA)的非共價(jià)聚合反應(yīng)進(jìn)行包覆,得到了BNNSs@PDA。通過XRD、FT-IR和TEM表征了BNNSs@PDA的形貌,驗(yàn)證了核-殼結(jié)構(gòu)的直徑約150～200 nm,最小厚度約3 nm,有機(jī)PDA殼層平均厚度約為7nm。將BNNSs@PDA與PP復(fù)合得到薄膜,通過SEM、耐壓測試儀、阻抗分析儀等設(shè)備對薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、擊穿性能和介電性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:在BNNSs@PDA的含量僅為1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),復(fù)合材料的介電常數(shù)提高至5.62,損耗僅為0.006,理論儲能密度高達(dá)7.42 J/cm³,是純PP薄膜的4.8倍。以上結(jié)果表明:BNNSs@PDA與PP良好的界面、二維納米片在面內(nèi)的取...

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【部分圖文】：

圖3BNNSs@PDA的SEM,TEM圖像和單個BNNS包覆結(jié)構(gòu)TEM顯微圖像

低倍數(shù)下的TEM圖像中可以看出,BNNSs@PDA的厚度較薄,邊緣較為粗糙,這是由于邊緣覆蓋了非共價(jià)鍵聚合的PDA所致。高倍數(shù)下的TEM圖像清晰的反映出了:在厚度約3nm的晶格條紋區(qū)域外,覆蓋有一層平均厚度約7nm的非晶態(tài)包覆層。這說明:通過超聲剝離的方法,我們得到了厚度約3....

圖4純PP薄膜的斷面SEM圖像

圖5為BNNSs@PDA含量分別為1%、2%和3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的復(fù)合薄膜表面和斷面的SEM圖像。從圖中可以看出,當(dāng)加入1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的BNNSs@PDA時(shí),斷面上并沒有明顯的觀察到填料的存在,說明BNNSs@PDA可以在基體中均勻分散、并與之緊密結(jié)合,這是由于BNNSs外層包覆....

圖5BNNSs@PDA/PP復(fù)合薄膜的表面和斷面SEM圖像

但當(dāng)BNNSs@PDA的添加量提高至3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),可以看到填料在基體中發(fā)生了嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象,薄膜的致密性嚴(yán)重下降,并且在復(fù)合薄膜表面形成了大量的孔洞,如圖5(c)及(f)方框區(qū)域所示。這種納米填料的嚴(yán)重團(tuán)聚,一方面是因?yàn)槭畾漭寥軇┑谋砻婺芘cBNNSs相差較大,導(dǎo)致BNNSs....

圖6室溫下,BNNSs@PDA/PP復(fù)合薄膜的介電常數(shù)和介電損耗曲線及在1kHz下不同樣品的介電常數(shù)和介電損耗對比

由于PP為非極性聚合物,結(jié)構(gòu)較為規(guī)整,內(nèi)部只有較弱的電子極化,不存在隨頻率變化的松弛極化損耗[13],因此,在頻率為1kHz時(shí)介電常數(shù)僅為1.57,在整個測試頻率范圍內(nèi),其介電損耗均小于0.005。當(dāng)加入BNNSs@PDA后,復(fù)合薄膜的介電常數(shù)明顯增加。在1kHz時(shí),添加量僅....

本文編號：3939158