聚偏氟乙烯/钕掺杂钛酸钡复合薄膜的制备及性能研究

摘要

为获得高击穿场强、高介电、低损耗、高储能密度以及良好柔性的陶瓷-聚合物复合薄膜材料，本文首次利用高介电Nd-BaTiO3作为填充材料，制备出PVDF-Nd-BaTiO3复合薄膜材料。在此基础上对纳米颗粒进行了改性处理，研究了改性纳米颗粒加入对复合薄膜材料微观结构、相结构、介电和储能性能的影响规律。
　　Nd-BaTiO3的加入对复合薄膜材料的相结构未造成影响。复合薄膜材料的介电常数随着Nd-BaTiO3填充量的增加逐渐增大。由于Nd-BaTiO3与PVDF基体之间界面相容性较差，使复合薄膜击穿强度大大降低。其中，PVDF-1 vol％Nd-BaTiO3的击穿场强为360 MV/m，可释放出能密度达到最大值7.9 J/cm3，储能效率仅为38%。
　　多巴胺改性增强了纳米颗粒与PVDF之间的界面相容性和纳米颗粒在PVDF中的分散性，提高了复合薄膜的击穿场强。相同条件下，PVDF-dopamine@Nd-BaTiO3的介电常数及损耗要高于 PVDF-dopamine@BaTiO3；此外，高介电常数带来更为严重的电场畸变，导致PVDF-dopamine@Nd-BaTiO3的击穿场强低于PVDF-dopamine@BaTiO3。同时，高介电常数也引起更高的界面极化效应，使PVDF-1 vol%dopamine@Nd-BaTiO3的可释放储能密度在420 MV/m下达到最大值12.5 J/cm3，储能效率高达48%。
　　随着退火温度的升高，Nd-BaTiO3的微观形貌由球状向四方状转变，相结构也逐渐向四方相发生转变，复合薄膜材料的介电常数和介电损耗均逐步增大；800℃退火处理的Nd-BaTiO3在添加量为1 vol%时，在380 MV/m电场下，其可释放出能密度达到最大值10.4 J/cm3，储能效率高达49%。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 BaTiO3和PVDF材料简述

1.3 PVDF-BaTiO3复合薄膜材料概述

1.4 PVDF-BaTiO3复合薄膜材料研究现状

1.5 课题研究内容及意义

第二章 聚偏氟乙烯与钕掺杂钛酸钡复合薄膜材料的制备及其性能研究

2.1 引言

2.2 实验

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第三章 钕掺杂钛酸钡表面改性处理对复合薄膜材料性能的影响

3.1 引言

3.2 实验原料及仪器

3.3 实验流程

3.4 测试方法

3.5 结果与讨论

3.6 小结

第四章 退火处理钕掺杂钛酸钡对复合薄膜材料性能的影响

4.1 引言

4.2 实验原料及仪器

4.3 实验方法和表征手段

4.4 结果与讨论

4.5 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文