聚合物電介質(zhì)材料因為本身的易加工性能、非常良好的柔韌性能以及優(yōu)秀的電性能在現(xiàn)代電力供應(yīng)和可再生能源系統(tǒng)中具有良好的發(fā)展前景。然而,大多數(shù)聚合物的介電常數(shù)（ε）很低（<10）,增加了介質(zhì)儲能領(lǐng)域的材料體積。因此,如何提高聚合物材料的介電常數(shù)成為研究熱點。目前,制備高介電常數(shù)聚合物材料的主要方式有兩種。一種是聚合物合金材料,其材料具有易加工、質(zhì)量輕、柔性好等特點,但不足之處在于添加的聚合物功能性問題和聚合物間相容性問題。另一種是聚合物基納米復(fù)合材料,其材料可以結(jié)合聚合物基體與陶瓷納米顆粒的優(yōu)點,具有潛在的高介電、低損耗和高儲能的特性。然而在實際研究中,陶瓷納米顆粒在聚合物基體中分散性和相容性差以及界面問題,導(dǎo)致復(fù)合材料的介電儲能性能下降。半導(dǎo)體苯并菲側(cè)鏈型液晶高分子具有較高的電子遷移率、自組裝有序性、良好的溶解加工性能、分子量可控、易于合成等特點。這些特性對聚合物共混以及無機陶瓷納米粒子的表面修飾是極為有利的。因此,本論文針對聚合物共混合金以及陶瓷/聚合物介電復(fù)合材料存在的問題,做了如下研究:（1）采用傳統(tǒng)的自由基聚合法和可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移法合成了三種p型半導(dǎo)體苯并菲盤狀側(cè)鏈液晶聚合... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SEM圖像：(a)PPy納米切片，(b)含7wt%PPy納米切片的單層材料的頂表面

(PrGO-0.1wt%)時，可得到幾乎全部為β相的聚偏氟乙烯(PVDF)，其介電常數(shù)隨rGO含量的增加而增大。在1kHz時，PrGO-0.1介電常數(shù)增大到41。當(dāng)β相含量接近100%時，與純PVDF相比，PrGO-0.1薄膜的壓電常數(shù)和剩余極化分別提高了78.6%和69.3%，成為復(fù)合薄膜中最高的。rGO還在很大程度上提高了PVDF復(fù)合材料的力學(xué)性能。結(jié)果表明，0.1wt%rGO含量的PVDF/rGO復(fù)合薄膜比純PVDF具有更好的壓電和鐵電性能。1.6界面極化理論模型不同種類的納米材料(從非導(dǎo)電納米材料到導(dǎo)電納米材料)的加入顯著影響了所得到的介電納米復(fù)合材料的整體性能。圖1-8展示了聚合物復(fù)合材料填料與基體間的界面示意圖。其中Lewis模型和Tanaka模型比較生動形象地闡述了聚合物納米復(fù)合材料中界面的存在以及界面的作用，這兩個模型將在下面討論。圖1-8聚合物復(fù)合材料(a)微米尺寸顆粒和(b)納米尺寸顆粒的界面示意圖納米復(fù)合材料的性能可以使用Tanaka多核模型來理解。如圖1-9所示，在該模型中，界面區(qū)域的三個層被區(qū)分和指定為粘結(jié)層(第一層)、有界層(第二層)和松散層(第三層)，并且這三層都只是與電雙層模型中的Gouy-Chapman擴散層重疊。第一層作為過渡層，通過偶聯(lián)劑與無機粒子和聚合物基體緊密結(jié)合。第二層是由與第一層強相互作用的高分子鏈和納米顆粒構(gòu)成的，這一層的厚度由聚合物-粒子相互作用的強度決定，通常在2-9nm的范圍內(nèi)。在第三層中，聚合物鏈的構(gòu)象、遷移率、結(jié)晶度和自由體積與基質(zhì)不同，是由于第二層的疏松偶聯(lián)和相

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文14互作用導(dǎo)致的。圖1-9Tanaka提出的多核模型結(jié)構(gòu)示意圖為了描述界面的電和介電行為，Lewis[90]將擴散雙電層模型擴展到了聚合物納米復(fù)合材料。往聚合物基質(zhì)添加納米顆粒時，由于兩者的費米能級或化學(xué)勢不同，納米顆粒的表面會帶電。帶電表面在周圍聚合物中誘導(dǎo)屏蔽離子電荷，進而抑制粒子上的電荷積累。通常，屏蔽離子電荷在聚合物側(cè)以兩種方式產(chǎn)生。一方面，它們可能是由聚合物的極化引起的，其中包括永久偶極子的電子極化和取向，這通常發(fā)生在聚合物含有極性組分的情況下。另一方面，由于庫侖吸引，移動電荷在聚合物側(cè)的遷移和重新分布可能導(dǎo)致所謂的雙電層形成。圖1-10顯示了當(dāng)納米顆粒在納米復(fù)合材料內(nèi)帶正電荷時在納米顆粒/聚合物界面上的電荷分布。在粒子方面，由納米粒子中不活動帶電雜質(zhì)、俘獲載流子、可移動電子和空穴相關(guān)的表面態(tài)形成具有正電位的層。緊接著，帶負(fù)電荷的反離子或偶極子被緊密地吸引到粒子表面，形成所謂的斯特恩或亥姆霍茲雙層，外層是亥姆霍茲平面，進一步延伸到聚合物基體中的是古伊-查普曼擴散層，它形成在斯特恩層的外面和周圍，由負(fù)離子和正離子分布。這一層的大小取決于聚合物中的離子濃度以及顆粒表面與聚合物基體之間的電位差。其中，填充運動電荷的Gouy-Chapman層對納米粒子的分散性和介電性能方面有不可小覷的影響。圖1-10復(fù)合材料界面區(qū)域Lewis模型的電荷分布示意圖


本文編號：3141135