本文關(guān)鍵詞：金屬負(fù)載多孔鈦酸鋇的制備及其在復(fù)合材料中的應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 多孔鈦酸鋇 BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料 Ni 電性能 儲能密度

【摘要】：本文從制備多孔鈦酸鋇(BaTiO_3)粉體出發(fā),在其上負(fù)載納米Ni顆粒并經(jīng)表面改性后,采用溶液澆鑄法制備成BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料,系統(tǒng)研究了添加改性BaTiO_3和納米Ni對復(fù)合材料電性能的影響。利用先進(jìn)測量手段對多孔BaTiO_3粉體和BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料進(jìn)行形貌表征、相態(tài)分析以及介電性能測試,獲得了提高BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料儲能密度的較優(yōu)材料組成,并探討了提高復(fù)合材料電性能的機理。采用溶膠-凝膠法,以P123為模板劑,在100 nm實心BaTiO_3表面形成多孑LBaTiO_3層。研究了P123用量和反應(yīng)溶液pH對多孔BaTiO_3顆粒形貌的影響,當(dāng)P123濃度為11-14 wt%和pH為3-3.5時,制備出粒徑約為120 nm且孔徑約為5-30 nm的多孔BaTiO_3顆粒,采用多次浸漬還原法在多孔BaTiO_3表面負(fù)載了小于10 nm的Ni顆粒,研究了Ni負(fù)載量對Ni@BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料擊穿場強的影響。實驗發(fā)現(xiàn),當(dāng)固定BaTiO_3的含量為3 vo1%時,復(fù)合材料的擊穿場強隨Ni負(fù)載量的增加先增大后減小,Ni/BaTiO_3為8 vo1%時,復(fù)合材料擊穿場強最高達(dá)到273kV/mm,其原因在于材料中的Ni顆粒庫侖島的庫侖阻塞效應(yīng)。采用溶液共混法,分別使用NDZ-311-H_2O_2和PVP-k30對Ni@BaTiO_3進(jìn)行表面改性,測試了NDZ-H_2O_2-Ni@BaTiO_3/PVDF (Ⅰ)和PVP-Ni@BaTiO_3/PVDF (Ⅱ)兩種復(fù)合材料的介電常數(shù)和擊穿場強并計算了儲能密度。結(jié)果表明,隨Ni@BaTiO_3含量的增加,兩種材料的介電常數(shù)均逐漸增大,而擊穿場強先增加后減小；當(dāng)Ni@BaTiO_3含量同為10 vo1%時,介電常數(shù)分別達(dá)到22.1和21且介電損耗較低,當(dāng)Ni@BaTiO_3含量同為3 vo1%時,兩種材料的擊穿場強分別達(dá)到最大值為335 kV/mm和321 kV/mm。對于復(fù)合材料I,Ni@BaTiO_3含量為4 vo1%的儲能密度達(dá)到最大值為6.49 J/cm3,表明NDZ-311-H_2O_2的改性效果更好,與PVDF的基團(tuán)鍵合作用更強；另外儲能密度提高的原因在于復(fù)合材料中Ni引發(fā)的相界面極化的增大及改性后使得無機相和有機相界面能夠更好的相互容納。在高儲能密度組成時復(fù)合材料I的基礎(chǔ)上,研究引入單一相20 nmNi顆粒的含量對Ni/(NDZ-H_2O_2-Ni@BaTiO_3)/PVDF復(fù)合材料電性能的影響,發(fā)現(xiàn)隨單相Ni含量增加,復(fù)合材料的介電常數(shù)逐漸增加且介電損耗較小,擊穿場強先增大后減小。當(dāng)添加0.1 vo1%單相Ni時,復(fù)合材料的擊穿場強最大值為426kV/mm,儲能密度達(dá)到11.41J/cm3,分別比復(fù)合材料I高27.2%和75.8%,其作用機理在于外加電場作用下單相Ni在自身極化的同時吸引周邊Ni@BaTiO_3和PVDF中的電荷,起到均化材料中電荷的作用,納米Ni顆粒的加入還促進(jìn)了PVDF的α相向高介電β和γ相的轉(zhuǎn)變。
【關(guān)鍵詞】：多孔鈦酸鋇 BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料 Ni 電性能 儲能密度
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ132.35;TB33
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 文獻(xiàn)綜述14-30
• 1.1 引言14
• 1.2 研究背景及意義14-17
• 1.3 BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料簡介17-22
• 1.3.1 BaTiO_3結(jié)構(gòu)與性能17-18
• 1.3.2 PVDF結(jié)構(gòu)與性能18-20
• 1.3.3 BaTiO_3/PVDF性能20-21
• 1.3.4 BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料制備21-22
• 1.4 多孔材料制備及負(fù)載改性22-28
• 1.4.1 多孔材料制備22-26
• 1.4.2 多孔材料負(fù)載導(dǎo)體及改性處理26-28
• 1.5 本論文研究目的和意義28-30
• 第二章 研究內(nèi)容與實驗方案30-38
• 2.1 引言30
• 2.2 研究目標(biāo)及內(nèi)容30
• 2.3 實驗方案30-35
• 2.3.1 實驗中所用材料與主要設(shè)備30-31
• 2.3.2 多孔BaTiO_3顆粒制備過程31-32
• 2.3.3 Ni@BaTiO_3顆粒制備過程32-34
• 2.3.4 BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料制備過程34
• 2.3.5 粉體與材料表征34-35
• 2.4 難點分析及解決方案35-38
• 2.4.1 研究難點35
• 2.4.2 解決方案35-38
• 第三章 多孔BaTiO_3和Ni@BaTiO_3制備研究38-50
• 3.1 引言38
• 3.2 多孔BaTiO_3制備條件優(yōu)化38-43
• 3.2.1 pH影響38-39
• 3.2.2 P123濃度影響39-43
• 3.3 Ni@BaTiO_3制備條件優(yōu)化43-45
• 3.3.1 Ni/多孔BaTiO_3體積比影響43
• 3.3.2 Ni@BaTiO_3顆粒的表征43-45
• 3.4 Ni@BaTiO_3的改性45-47
• 3.4.1 N-h改性劑影響45-47
• 3.4.2 PVP改性劑影響47
• 3.5 本章小結(jié)47-50
• 第四章 BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料性能研究50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 四種復(fù)合材料的電性能影響研究50-55
• 4.2.1 四種復(fù)合材料的擊穿場強50-51
• 4.2.2 四種復(fù)合材料的介電常數(shù)51-54
• 4.2.3 最佳復(fù)合材料的儲能密度54-55
• 4.3 添加單相Ni對復(fù)合材料的電性能影響研究55-56
• 4.3.1 擊穿場強55
• 4.3.2 介電常數(shù)55-56
• 4.3.3 儲能密度56
• 4.4 復(fù)合材料電性能提高的機理探究56-60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第五章 結(jié)論62-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 致謝70-72
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文72-74
• 作者和導(dǎo)師簡介74-75
• 附件75-76

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：631707