本文關鍵詞：高儲能密度電容器用聚合物薄膜介電擊穿特性研究

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【摘要】：高儲能密度電容器是近年來的一個研究熱點,在實際應用中用途廣泛,比如可以用來存儲能量,還可以在電子裝置中用作直線母流電容器等。其中,薄膜電容器由于其體積小,存儲能量密度高,制備工藝簡單及可靠性高等特點逐漸開始受到廣泛關注。薄膜電容器一般選用陶瓷類物質(zhì)或者聚合物充當介質(zhì)層,因為它們具有較高的相對介電常數(shù)或擊穿電壓。本文選取具有優(yōu)良物理化學性能和高耐壓性的聚偏氟乙烯(PVDF)為主要研究對象,用刮涂成膜法制備出樣品膜,測試薄膜的介電性和耐壓特性,然后對樣品膜進行微觀分析表征,表征方法包括:掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外光譜(FT-IR)和掃描差示量熱法(DSC)。主要研究內(nèi)容和結論如下:(1)通過控制不同的熱處理時間和溫度制備出不同晶型的聚偏氟乙烯薄膜,研究聚偏氟乙烯α相、β相和γ相的介電性能和耐壓性能。微觀分析結果表明β相在高溫退火工藝下可以轉化成α相。介電特性分析結果表明自由電容與損耗都具有頻率依賴性,自由電容隨頻率的升高而降低,損耗隨頻率的升高而增加;α相的相對介電常數(shù)最高,這歸因于α相薄膜內(nèi)部極化更完整。耐壓性能測試結果表明γ相的耐擊穿性能比其他晶型要高,通過降低材料的結晶度,可以有效的提高薄膜的耐電壓擊穿性能。(2)為提高薄膜的耐電壓特性,在PVDF中加入寬溫范圍內(nèi)具有高擊穿電壓的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。聚甲基丙烯酸甲酯的楊氏模量高,可改善材料的機械性能。另外,聚甲基丙烯酸甲酯與聚偏氟乙烯之間能形成氫鍵,增加了二者的相容性,微觀上不會出現(xiàn)相分離現(xiàn)象。研究結果表明,聚甲基丙烯酸甲酯的摻入量對復合膜的晶相、介電及耐壓特性有明顯影響。當PMMA的摻入量在5%以內(nèi)時,聚偏氟乙烯的結晶度降低并使得薄膜的相對介電常數(shù)略有下降,但擊穿電壓明顯提升,最高達153V/μm,此時薄膜電容器的儲能密度可達0.7J/cc。
【關鍵詞】：薄膜電容器 聚偏氟乙烯 介電性能 耐擊穿性 儲能密度
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM53
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究背景11
• 1.2 電容器概述11-12
• 1.3 高儲能密度電容器的應用12-13
• 1.4 PVDF基復合材料的研究進展13-15
• 1.5 本論文研究意義和研究內(nèi)容15-16
• 1.6 論文結構體系16-17
• 第二章 電介質(zhì)材料的擊穿理論和測試表征方法17-30
• 2.1 介質(zhì)材料的儲能機理17-19
• 2.2 固體擊穿理論概述19-25
• 2.2.1 熱擊穿19-20
• 2.2.2 電擊穿20-21
• 2.2.3 局部放電擊穿21-24
• 2.2.4 聚合物的特殊擊穿24-25
• 2.3 聚偏氟乙烯的介紹25-26
• 2.4 薄膜制備方法26-27
• 2.5 樣品膜性能測試和表征方法27-30
• 2.5.1 性能測試27
• 2.5.1.1 介電性能測試27
• 2.5.1.2 耐壓性能測試27
• 2.5.2 表征方法27-30
• 2.5.2.1 掃描電子顯微鏡27-28
• 2.5.2.2 X射線衍射28
• 2.5.2.3 傅里葉紅外光譜圖28
• 2.5.2.4 差示掃描量熱法28-30
• 第三章 不同晶型聚偏氟乙烯薄膜的制備及其介電擊穿特性研究30-51
• 3.1 實驗材料及測試儀器30-31
• 3.2 PVDF薄膜電容器制備過程31-32
• 3.2.1 實驗前準備31
• 3.2.2 配制PVDF溶液31
• 3.2.3 制備薄膜31-32
• 3.2.4 膜退火處理32
• 3.3 蒸鍍電極32-33
• 3.4 b 晶型和a 晶型PVDF薄膜的制備33-43
• 3.4.1 性能測試34-37
• 3.4.1.1 介電性能測試34-37
• 3.4.1.2 耐壓性能測試37
• 3.4.2 薄膜表征37-43
• 3.4.2.1 掃描電子顯微鏡37-40
• 3.4.2.2 X射線衍射40-41
• 3.4.2.3 傅里葉紅外吸收圖41-42
• 3.4.2.4 差示掃描量熱法42-43
• 3.5 c 晶型PVDF薄膜的制備43-50
• 3.5.1 性能測試44-46
• 3.5.1.1 介電性能測試44-45
• 3.5.1.2 耐壓性能測試45-46
• 3.5.2 薄膜表征46-50
• 3.5.2.1 掃描電子顯微鏡46-47
• 3.5.2.2 X射線衍射47-48
• 3.5.2.3 傅里葉紅外吸收圖48-49
• 3.5.2.4 掃描差示量熱法49-50
• 3.6 本章小結50-51
• 第四章 PVDF/PMMA復合薄膜的制備及其介電擊穿特性研究51-60
• 4.1 PVDF/PMMA復合薄膜的制備51-52
• 4.2 性能測試52-55
• 4.2.1 介電性能測試52-54
• 4.2.2 耐壓性能測試54-55
• 4.3 薄膜表征55-58
• 4.3.1 掃描電子顯微鏡55-56
• 4.3.2 X射線衍射56-57
• 4.3.3 傅里葉紅外吸收圖譜57-58
• 4.3.4 差示掃描量熱法58
• 4.4 本章小結58-60
• 第五章 全文工作總結和展望60-62
• 5.1 工作總結60
• 5.2 展望60-62
• 致謝62-63
• 參考文獻63-68
• 攻讀碩士學位期間取得的成果68-69

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本文編號：825118