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陶瓷纤维/聚合物纳米复合电介质材料的空间取向结构调控与性能研究开题报告

 2020-02-10 10:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

实验目的及意义:相比于广泛应用的锂电池等电化学储能器件来说,介电电容器和超级电容器具有更高的功率密度,更低的损耗及更高的工作电压等诸多优点,在脉冲电源技术、能量采集、逆变器和无源器件等方面有着大量的应用[1]。电介质材料凭借其优越的电性能、机械性能和热性能,在国防和民用工业等领域也有着重要的应用,同时也引起了各国科研工作者的广泛兴趣[2]。但由于目前常用的电介质材料过低的储能密度而限制了超级电容器的进一步发展和应用[3]。因此,基于协同原理,本课题将结合陶瓷和聚合物本身各自的性能优势,将具有高介电常数、低介电损耗的陶瓷材料[4]与高击穿场强、而介电常数低的柔性聚合物材料[5]通过一定的方法进行组合,构建出以高分子聚合物为基底,以陶瓷纳米纤维为填料的聚合物纳米复合电介质材料[6],通过调控纳米纤维的三维空间取向[7],来获得更加优异的介电性能和储能性能[8],在保持高介电常数的同时,使其具备良好的加工性能,并对复合材料内部相关的介电增强机制进行解析[9]

目前al、ag、ni、炭黑等导电颗粒已经用来制备导电粒子/聚合物复合材料[10],虽然此种复合材料能具有较高的介电常数,但由于金属离子主要产生的电子位移极化和电导损耗,当导电粒子体积过大,达到或超过逾渗阈值时,填料和基底之间会形成导电通路,产生比较大的介电损耗[11]。因此目前所研究的关键问题主要是在提高介电常数的同时减少高介电损耗。

钛酸钡是一种重要的铁电氧化物,具有高至上百上千的介电常数[12]。目前制备陶瓷/聚合物高介电复合材料经常选择的填料是具有高介电常数的弛豫铁电体陶瓷batio3及铌镁酸铅-钛酸铅等本身具有高介电常数、低介电损耗的陶瓷粉体[13]。陈章采用共混法制备了具有高介电常数和低介电损耗性能的batio3/环氧复合材料[14],在环氧树脂中添加batio3后,介电常数从4提高到了25(50hz),介电损耗有0.4%提高到0.7%。z. m. dang[15]利用原位聚合法[16],制备了均一的batio3/pi纳米复合材料薄膜。另外,i. vrejoiu等采用脉冲激光沉积制备的batio3/ptfe薄膜[17],介电常数达到104(<10khz)。

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2. 研究的基本内容与方案

研究(设计)的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施:

1、基本内容:

1.1 材料制备:

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3. 研究计划与安排

实验进度安排:

第1-5周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第6-13周:制备具有特定空间取向结构的陶瓷纤维/聚合物纳米复合电介质薄膜材料,测试复合薄膜材料的介电与储能性能,汇总并分析试验数据;

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4. 参考文献(12篇以上)

参考文献:

[1] zhang, x., et al., superior energy storage performances of polymer nanocomposites viamodification of filler/polymer interfaces. advanced materials interfaces,2018. 5(11).

[2] 尚继武, 张以河, and 吕凤柱, 高介电常数聚合物基复合材料研究进展. 材料工程, 2012(5): p. 87-92.

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