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PVDF介电功能复合材料的制备和性能研究

汪汇源  
【摘要】:随着电子信息科技的快速发展,为适应现代工业发展的要求,高性能介电材料已逐渐代替传统的介电材料。聚偏氟乙烯(PVDF)是最常用的介电聚合物基体,其介电性能虽然在聚合物中较为突出,储能密度高,具有良好的加工性和耐化学性,但仍然无法很好地满足实际应用中更高的性能要求。因而,将不同介电体与PVDF进行复合从而制备PVDF介电功能复合材料已逐渐成为一种研究趋势。本文通过向PVDF基体中掺杂埃洛石纳米管(HNTs),制备了不同掺杂含量的HNT/PVDF复合材料,并对HNTs进行了 ATRP表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)改性;同时制备了 SiO2@rGO@CS三层核壳纳米粒子,将其掺杂到PVDF基体中。系统研究了几种不同掺杂填料对PVDF介电性能影响的变化规律以及介电变化机制。对于不同掺杂含量的HNT/PVDF复合材料体系研究发现,HNTs能够诱导和促进PVDF的电活性相——β相、γ相的形成。随着HNTs含量的增加,体系的介电常数逐渐增高,但击穿强度出现大幅下降,HNTs在PVDF基体中的分散和界面结合并不理想。综合HNT/PVDF复合材料体系的介电性能以及力学性能,当HNTs的掺杂含量为10wt%时,体系的性能更为优异。通过对HNTs进行表面接枝PMMA改性,发现改性后的HNTs有效的改善了与PVDF基体间的粘结,大幅提高了材料体系的击穿强度,达到287.1kV/mm,获得了高的理论能量密度,使改性后的HNT/PVDF复合材料具有更加优异的介电性能。研究了 SiO2@rGO@CS核壳纳米粒子的添加对PVDF介电性能的影响,结果发现当填料的添加含量较低时,体系的介电常数提高明显,且介电损耗维持在很低水平。尤其是当SiO2@rGO@CS/PVDF复合材料体系处于邻近渗流状态时,介电常数达到72.2,同时介电损耗得到有效抑制,与具有相同质量含量的rGO/PVDF复合材料相比,从0.897降低到0.219。SiO2@rGO@CS纳米粒子中的内核SiO2和外层壳聚糖同时作为阻隔体和绝缘体,破坏了 rGO导电网络的形成,共同抑制了体系中载流子的传导,使SiO2@rGO@CS/PVDF复合材料在邻近渗流阈值时具有高的介电常数和较低的介电损耗,展现了优异的介电性能。


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