铁电聚合物纳米薄膜的制备与微区结构表征开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

当前,全球正处于能源短缺状态,新能源技术的发展受到了广泛关注。然而,我国的储能技术发展相对落后,限制了新型节能技术的发展,因此,研究和开发出具有优异性能的储能材料对于推动新能源技术的发展有至关重要的作用。[1-2]其中,储能电容器由于具有功率密度高,寿命长,响应速度快等特点被广泛用于电动汽车、电力系统、卫星通信系统、无线电通信系统以及军用装备等领域。目前,储能电容器仍有较大的发展空间,研发高储能密度介电材料是改善其储能密度的关键。[3.4]

根据经典电磁学理论的定义,储能密度是指材料单位体积内容纳的电能。对于非线性电介质,在电场强度为e的电场下,电位移d的微小变化量dd引起的能量密度变化量为edd。储能密度可表示为: ;对于线性电介质,储能密度可表示为。由此可见,电介质材料的能量密度主要由介电常数和击穿场强来共同决定,同时提升介电常数与击穿场强对获得高的储能密度至关重要。 [5-7]

与陶瓷相比,聚合物电介质具有更高的击穿强度和更高的可靠性,具有可扩展性、重量轻、可形成复杂的配置,因此是许多电力电子、功率调节和脉冲电源应用的理想选择。[8]例如,铁电高分子材料聚偏氟乙烯(pvdf)是很好的聚合物电介质。1969年日本的kawai h发现经过冷拉伸、电极化后的聚偏氟乙烯(简称pvdf)呈现出强的压电性, 随后1971年美国的bergman j g等人又发现经过同样处理的pvdf还具有热释电性能。pvdf结晶区域与非结晶区域的热膨胀系数不同,受外力的作用时候,结晶区域的极化和指向因发生应变而产生响应,使晶区产生压电性。除此之外,pvdf凭借其很高的击穿场强、良好的柔性和机械弹性等优点,在高储能密度材料的制备方面具有不可替代的地位。[9]

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

本课题拟使用瑞典百欧林科技公司ksv nima膜分析仪,采用lb提拉膜技术,在硅基片上提拉单层分子或多层分子铁电聚合物pvdf薄膜,然后通过sem,pfm,xrd,电滞回线测试等方法表征聚合物薄膜的极性微区结构、电学与力学性能。

2.2 目标

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3. 研究计划与安排

第1-2周:明确研究内容,了解铁电聚合物的应用背景与行业状况,了解研究所需原料pvdf的性质,熟悉铁电与电介质物理相关理论基础知识。

第3周:学习测试仪器afm的原理、功能、使用方法及注意事项。

第4周:学习仪器lb的原理、功能、使用方法及注意事项,并确定制备pvdf薄膜的参数。

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4. 参考文献(12篇以上)

1. 查俊伟,郑明胜,党智敏,铁电聚合物基纳米复合电介质储能材料研究进展,《高电压技术》,2017,43(7):2194-2203.

2. 喻科,面向储能应用的聚合物基纳米复合材料,《西安交通大学》,2017.

3. q. li, l. chen, m. r. gadinski, s. zhang, g. zhang, h. li, a. haque, l. chen, t. jackson, q. wang, flexible high-temperature dielectric materials from polymer nanocomposites,《nature》, 2015, 523(7562):576.

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