单层和三层结构的PVDF基复合材料介电与储能特性

摘要

通过水热合成法制备CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)球型颗粒填料,以PVDF为基底,采用溶液逐层涂覆法制备单层和三层结构的PVDF基复合材料。利用X-射线衍射仪和扫描电镜表征材料的微观组织结构,LRC测试仪和铁电综合测试工作站测试其电学性能,研究低填充浓度和多层结构对PVDF基复合材料微观结构、介电特性、极化强度、耐电压特性和储能特性的影响规律。结果表明,CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)填料的尺寸约为200 nm,增加其填充浓度,可以提高单层PVDF/CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)复合材料的介电特性与极化强度;在3.0vol.%填充量下,复合材料达到最大的介电常数13.2、介电损耗0.074和电位移极化强度4.04μC/cm^(2);而在0.5vol.%的超低填充量下,复合材料达到最大的释放能量密度3.51 J/cm^(3)。三层结构的PVDF基复合材料体系中,在上下层复合材料的高介电极化特性与中间层材料的击穿阻挡特性的协同作用下,获得了综合储能特性优化的PVDF基复合材料,使其在300 kV/mm的低电场强度下,达到最高的释放能量密度4.36 J/cm^(3)。