本文關(guān)鍵詞：儲能用陶瓷與聚合物復(fù)合材料性能研究

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【摘要】：高技術(shù)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展對介電材料的電性能與可加工性提出了更高的要求。基于協(xié)同原理,結(jié)合陶瓷和聚合物各自的優(yōu)勢,將具有高介電常數(shù)、低損耗的陶瓷材料與高擊穿場強、柔性的聚合物材料通過適當方法進行組合,可以構(gòu)建出新型有機無機復(fù)合材料,在保持高介電常數(shù)的同時,具備良好的加工性能,在嵌入式電容器領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。本文主要以BaTiO3-polyvinylidene fluoride(BT-PVDF)復(fù)合材料為目標體系,系統(tǒng)研究了微觀結(jié)構(gòu)與介電性能的關(guān)聯(lián)性,包括:影響填料極化性能的尺寸與形狀因素,有機無機界面相容性等,通過結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝調(diào)控提升復(fù)合材料的介電性能。此外,選取新型巨介電材料Fe TiNbO6作為填料,研究了FeTiNbO_6-PVDF復(fù)合材料的介電行為變化規(guī)律。BT-PVDF復(fù)合材料是一種研究廣泛的有機無機復(fù)合材料。然而,現(xiàn)有研究中仍然存在一些問題阻礙其介電性能的提升,例如:具有高極化特性填料的選取,有機無機界面的改善等。因此,深入研究鐵電尺寸效應(yīng)以及填料的表面改性對于發(fā)展高性能BT-PVDF復(fù)合材料極為重要。在本文中,首先基于熔鹽化學(xué)原理,通過調(diào)節(jié)煅燒溫度獲得不同顆粒尺寸的BT粉體,依據(jù)X射線衍射精修數(shù)據(jù)對填料自發(fā)極化性能進行研究。結(jié)果顯示,平均尺寸600nm的BT粉體具有強極化特性。進一步,利用水溶性的polyvinylprrolidone(PVP)對600nm尺度的BT粉體進行表面包覆,成功構(gòu)建核-殼結(jié)構(gòu),改善填料在PVDF基體中的分散性,從而顯著提升BT-PVDF復(fù)合材料的介電常數(shù)與儲能密度。另一方面,系統(tǒng)研究了BT粉體一維結(jié)構(gòu)對BT-PVDF復(fù)合材料介電性能的影響規(guī)律。已有研究發(fā)現(xiàn),以一維納米結(jié)構(gòu)鐵電材料作為填料的復(fù)合材料相比于同組分顆粒填料的復(fù)合材料有著更高的介電性能。由于聚合物本身良好的加工性能,可以控制一維鐵電材料在聚合物基底中的取向排列,從而在外電場作用下提升極化強度,獲得優(yōu)異的介電性能。但是,相對于顆粒填料而言,一維鐵電填料的合成更為復(fù)雜。因此,尋找一種簡單且可大量合成一維鐵電材料的方法極為重要。在本工作中,基于局部化學(xué)拓撲原理,通過熔鹽法制備BT一維材料,分析生長機制,并對不同形貌BT與PVDF的復(fù)合材料的介電與儲能性能進行對比。FeTiNbO_6(FTN)是新發(fā)現(xiàn)的具有高介電常數(shù)的電介質(zhì)材料(104~105),并且具有較高的居里溫度(550K)。在我們的另一項工作中,以FTN為填料,構(gòu)建了FTN-PVDF復(fù)合電介質(zhì)材料。首先,通過常規(guī)固相法合成結(jié)晶性良好的FTN顆粒。然后,通過熱壓工藝,進一步制備了FTN均勻分散的FTN-PVDF復(fù)合材料。相比于廣泛研究的BT-PVDF等復(fù)合材料,在相同的填充體積比下,FTN-PVDF復(fù)合材料顯示更高的介電常數(shù)。通過電介質(zhì)理論以及微結(jié)構(gòu)演化分析,我們認為其高介電常數(shù)來源于三個因素,包括:半導(dǎo)化性質(zhì)的FTN巨介電填料,隨著FTN體積分數(shù)增加而逐漸形成的微電容結(jié)構(gòu)以及滲流現(xiàn)象的產(chǎn)生。本論文進行的復(fù)相材料結(jié)構(gòu)設(shè)計與相關(guān)介電理論分析工作對于發(fā)展新型復(fù)相材料有很好的借鑒價值,相關(guān)材料體系有望進一步優(yōu)化應(yīng)用于嵌入式電容器。
【關(guān)鍵詞】：熔鹽法 一維材料 FeTiNbO_6 復(fù)合材料 儲能
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-28
• 1.1 課題研究背景及意義10
• 1.2 有機無機高介電復(fù)合材料簡介10-21
• 1.2.1 有機無機復(fù)合材料性能10-14
• 1.2.2 有機無機復(fù)合材料理論14-18
• 1.2.3 有機無機復(fù)合材料應(yīng)用18-21
• 1.3 有機無機高介電復(fù)合材料研究進展21-25
• 1.3.1 有機無機復(fù)合材料電性能影響因素21-22
• 1.3.2 有機無機復(fù)合材料的制備工藝進展22-25
• 1.4 立項依據(jù)以及研究內(nèi)容25-28
• 第2章 樣品的制備與測試技術(shù)28-36
• 2.1 樣品的制備工藝28-31
• 2.1.1 PVP/BaTiO_3改性粉體-PVDF復(fù)合材料的制備28-29
• 2.1.2 不同形貌BaTiO_3粉體與PVDF復(fù)合材料的制備29-31
• 2.1.3 巨介電材料FeTiNbO_6粉體-PVDF復(fù)合材料的制備31
• 2.2 樣品測試與表征方法31-34
• 2.2.1 微結(jié)構(gòu)與形貌表征31-33
• 2.2.2 電學(xué)性能測試表征33-34
• 2.3 本章小結(jié)34-36
• 第3章 PVP/BaTiO_3顆粒-PVDF復(fù)合材料性能研究36-52
• 3.1 引言36-37
• 3.2 結(jié)果與討論37-51
• 3.2.1 BaTiO_3顆粒的微觀形貌與極化性能表征37-41
• 3.2.2 PVP表面包覆BaTiO_3粉體的形貌表征41-45
• 3.2.3 PVP/BaTiO_3顆粒-PVDF復(fù)合材料的電性能表征45-51
• 3.3 本章小結(jié)51-52
• 第4章 BaTiO_3納米棒合成及其復(fù)合材料性能研究52-64
• 4.1 引言52
• 4.2 結(jié)果與討論52-63
• 4.2.1 BaTi_2O_5納米棒的微觀形貌與合成機制52-56
• 4.2.2 BaTiO_3納米棒的微觀形貌與拓撲機制56-61
• 4.2.3 不同形貌BaTiO_3-PVDF復(fù)合材料性能對比61-63
• 4.3 本章小結(jié)63-64
• 第5章 FeTiNbO_6-PVDF復(fù)合材料性能研究64-74
• 5.1 引言64-65
• 5.2 結(jié)果與討論65-73
• 5.2.1 FeTiNbO_6粉體的形貌與結(jié)構(gòu)表征65-66
• 5.2.2 FeTiNbO_6-PVDF復(fù)合材料的形貌與結(jié)構(gòu)表征66-68
• 5.2.3 FeTiNbO_6-PVDF復(fù)合材料的介電性能68-73
• 5.3 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論與展望74-76
• 參考文獻76-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文82
• 攻讀碩士學(xué)位期間獲得獎勵82-84
• 致謝84

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1 吳瑞珠;車國金;;溫度對塑料介電性能的影響[J];電子工藝技術(shù);1983年11期

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7 曾憲橋;;鋇鈦釹系介質(zhì)材料的燒結(jié)和介電性能研究[J];黑龍江科技信息;2009年15期

8 王壽泰,劉鈞壁;船用電纜浸水介電性能的研究[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;1981年03期

9 劉樹全;漆宗能;;加工條件對聚對苯二甲酸乙二酯介電性能的影響[J];絕緣材料通訊;1983年04期

10 Marvin L.Bromberg;顧寧君;;介電性能的測量和應(yīng)用[J];絕緣材料通訊;1987年03期

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1 黨智敏;趙淑金;南策文;;不同介電性能的聚合物基復(fù)合材料的研究進展[A];中國硅酸鹽學(xué)會2003年學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2003年

2 馬青;;骨骼肌細胞介電性能的研究[A];中國生理學(xué)會第六屆全國青年生理學(xué)工作者學(xué)術(shù)會議論文摘要[C];2003年

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4 李建偉;聶延平;程翔宇;;淺談復(fù)合材料制件的高頻介電性能[A];中國電子學(xué)會化學(xué)工藝專業(yè)委員會第五屆年會論文集[C];2000年

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8 張俊吉;袁斌;晁明舉;;激光快速凝固法制備織構(gòu)化二鈦酸鋇及介電性能研究[A];魯豫贛黑蘇五省光學(xué)（激光）學(xué)會2011學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2011年

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10 焦崗成;王志育;樊慧慶;;鈮酸鉀鈉基陶瓷制備及其介電性能研究[A];2006年全國功能材料學(xué)術(shù)年會專輯[C];2006年

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7 李俊偉;溶膠—凝膠法制備Y_(2/3)Cu_3Ti_4O_(12)基巨介電陶瓷及其介電性能調(diào)控[D];陜西師范大學(xué);2015年

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