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钙钛矿/还原氧化石墨烯/聚酰亚胺高介电复合材料的制备及其性能研究

孔梦乐  
【摘要】:随着持续增长的能源需求和化石燃料的枯竭,发展高储能材料具有十分重要的意义,而开发高储能材料的关键是制备高介电常数、低介电损耗及高电击穿强度的介电材料。目前很难找到一种材料,既具有高介电常数、低介电损耗和高电击穿强度,同时具有聚合物良好的柔韧性、机械强度及热稳定性。聚酰亚胺是一类具有综合性能的高分子材料,但是其介电常数较低,可在聚酰亚胺中添加特殊的物质来提高其介电常数,因此本论文通过溶液混合的方式,在聚酰亚胺中掺杂了与其有较好相容性的钙钛矿和氧化石墨烯,制备了一系列高介电聚酰亚胺基复合薄膜并对其性能进行表征。主要的研究工作及结论如下:1、采用过饱和重结晶法合成高质量的钙钛矿粉末,通过X射线衍射和红外光谱仪对其进行结构表征,发现CsPbBr_3粉末具有较好的结晶度,其特征峰在峰位、峰高和相对位置上与标准卡片JCPDS18-0364相吻合。并且通过热重分析曲线可知,CsPbBr_3粉末具有较优异的热学性能,氮气氛围下5%分解温度为598℃,在热亚胺化过程中稳定存在。2、通过溶液共混在聚酰亚胺中加入钙钛矿CsPbBr_3,获得不同比例的CsPbBr_3/PI复合薄膜并对其性能进行测试,探究钙钛矿CsPbBr_3粉末对复合材料性能的影响。通过对复合薄膜的结构表征可见,经过高温亚胺化后的复合薄膜中钙钛矿晶体的X射线衍射峰仍稳定存在,沿(002)晶面取向生长,并且PI对CsPbBr_3晶粒的生长产生了抑制作用。通过对介电性能的测试发现,复合薄膜的介电常数随着CsPbBr_3粉末含量的增加而增加,10%含量的CsPbBr_3/PI介电常数为5.58(1kHz),约为PI薄膜的2倍,但是其介电损耗小于0.018(1kHz),这是因为两相之间有较好的相容性利于分散。3、在聚酰亚胺中加入CsPbBr_3和氧化石墨烯,通过溶液共混、涂膜成型、高温亚胺化后得到一系列CsPbBr_3/rGO/PI薄膜并对其性能进行了研究。结果表明:钙钛矿CsPbBr_3粉末在三相复合薄膜中稳定存在并保持较好的结晶度;氮气氛围下,复合薄膜的5%热失重温度(T_(5%))提高至542℃,800℃的残碳率为36.01%;三相薄膜的拉伸强度为102.59~131.87MPa,断裂伸长率为6.18~7.13%;复合薄膜的介电常数最高为175.47(1kHz),最大储能密度可达3.61J/cm~3。


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