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含偶氮苯侧基易位聚合物的制备及其介电储能性研究

竹玉  
【摘要】:高性能介电材料在现代电子和电力系统中发挥了重要作用,如薄膜电容器、混合动力汽车等。聚合物介电材料具有击穿场强高、能量密度高、介电损耗小、成本低等优点。然而,较低的介电常数(2-6)限制了其在介电储能领域的应用。因此,有必要进一步提高聚合物的介电常数。本文通过在聚合物侧链上引入含强推拉电子型偶氮苯和三苯胺基团,获得了具有高介电常数和储能密度的全聚合物分子介电材料。内容包括:设计合成了含4-三氟甲基偶氮苯基侧基的降冰片烯吡咯烷单体FANP和4-硝基偶氮苯基侧基的降冰片烯吡咯烷单体NANP,通过开环易位聚合,制备了均聚物PFANP及嵌段共聚物PFANP-b-PNANP。利用动态光散射和透射电子显微镜技术,研究了共聚物的自组装行为和形貌,由于两嵌段在四氢呋喃中的溶解性差异,可以组装成核-壳纳米结构。介电性能测试表明,共聚物PFANP_(200)-b-PNANP_(100)具有较高的介电常数(19.1)、较低的介电损耗(0.01-0.02)、储能密度在场强为240 MV m~(-1)时可达5.54 J cm~(-3)。此外,还研究了光照对聚合物介电常数的影响及可逆变化。设计合成了含强极性的偶氮苯和单官能三苯胺侧基的降冰片烯吡咯烷单体TANP及双官能三苯胺降冰片烯吡咯烷单体BTANP。利用开环易位聚合,分别获得相应聚合物PTANP、PBTANP。聚合物薄膜的介电性能测试表明,由于聚合物侧链含有强极性基团(偶氮苯、酯基、含强吸电子取代基的三苯胺等),聚合物PTANP具有较高的介电常数(13.5),聚合物PBTANP由于含有双官能三苯胺取代基,其介电常数进一步提高到15.7。同时,二者的介电损耗均较低(0.01-0.02),PBTANP的储能密度在场强为270 MV m~(-1)时可达5.09 J cm~(-3)。


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