0-3型PVDF-PAn基复合材料制备及其介电储能特性研究

摘要

复合介电储能材料是突出发挥聚合物高耐压和陶瓷高介电等优势，通过0-3复合方式而构成的多相材料，此类材料具有柔性好、密度低、分布均匀、成型容易、易于制成大面积薄片等优点，但是由于其介电性能太低从而影响了它的推广使用。本文针对复合介电材料的陶瓷相组元和聚合物组元介电差异调节原理，进行介电调节研究以便能够获得高耐压强度、高介电常数的复合介电储能材料，论文的主要研究工作包括： (1)通过建立Dilute模型，利用有限元法分析，对0-3型复合材料的结构和性能进行模拟计算，分析无机组元的颗粒尺寸、介电特性和相间介电平衡性等与复合材料耐压能力、整体介电性能之间的定性关系。 (2)理论分析表明，降低陶瓷相介电常数或者提高聚合物基体介电常数是提高功能相内电势场分布的有效方法。针对聚合物介电常数较低问题，所以采用具有较高介电性的第三相来改善聚合物基体介电常数低的缺点，可以提高复合材料的介电性能。 (3)开展陶瓷粉体BST聚合物基体PVDF—PAn的制备工艺，以及0-3型复合介电材料的合成方法探究，将共聚物PVDF—PAn以基体形式与陶瓷颗粒(BST)进行有机—无机复合，在一定温度、频率、电场下对材料进行介电性能表征，对不同方案下所得复合材料样品进行性能测试表明，PAn在纯基体PVDF中的分散度的提高、共聚物PVDF—PAn本身介电性能的提高、陶瓷颗粒形状、及良好的粒度分布都使得复合材料的介电常数和耐压强度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1介电复合材料

1.1.1复合材料分类

1.1.2高介电复合材料的应用

1.2高介电聚合物基复合材料的研究进展

1.2.1陶瓷颗粒填充聚合物基高介电复合材料

1.2.2全有机高介电复合材料

1.2.3导电填料填充聚合物基高介电复合材料

1.3 0-3型复合介电储能材料存在的问题

1.4本论文主要研究内容和需要解决的关键问题

第2章 复合材料耐压性能与组元介电性本构关系数值分析

2.1颗粒填充型复合材料的介电理论

2.1.1 Maxwell-Gamette介质方程

2.1.2 Bruggeman有效介质模型

2.1.3 Vo-Shi方程

2.2 Dilute模型建立与数值分析

2.3小结

第3章介电聚合物PVDF-PAn的制备及其掺杂机理研究

3.1实验原料

3.2聚合原理

3.3共聚物PVDF-PAn合成工艺

3.3.1外层乳液聚合法制备共聚物PVDF-PAn

3.3.2多孔乳液聚合法制备共聚物PVDF-PAn

3.4共聚物PVDF-PAn结构分析研究

3.4.1 XRD结构分析

3.4.2 FT-IR结构分析

3.5共聚物PVDF-PAn掺杂机理及掺杂条件效果研究

3.5.1共聚物PVDF-PAn掺杂机理

3.5.2不同掺杂条件下共聚物PVDF-PAn掺杂效果

第4章PAn含量对介电聚合物PVDF-PAn介电性能影响规律

4.1成型温度

4.2实验样品制备

4.3 SEM微观形貌分析

4.3.1不同方法制备所得共聚物PVDF-PAn粉态SEM微观形貌分析

4.3.2热处理后块体材料SEM微观形貌分析

4.4共聚物介电性能分析

4.5共聚物的耐电压性能分析

4.6小结

第5章介电复合材料中陶瓷组元性能对复合材料介电性能影响规律

5.1实验过程

5.1.1陶瓷粉体的制备

5.1.2 SrTiO3、Sr0.7Ba0.3TiO3陶瓷基复合材料的制备

5.2实验结果与分析

5.2.1钛酸锶(SrTiO3)陶瓷粉体分析

5.2.2钛酸锶钡(Sr0.7Ba0.3T1O3)陶瓷颗粒粉体分析

5.3 BST/PVDF-PAn复合材料性能研究

5.3.1 BST/PVDF-PAn复合材料SEM微观分析

5.3.2 BST/PVDF-PAn复合材料介电性能分析

5.3.3 BST/PVDF-PAn复合材料耐电压性能分析

第6章结论

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间论文发表情况