BN-聚合物基柔性复合材料的制备与储能性能开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着绿色能源在日常生活中的应用越来越广泛,如何高效利用这些分散不连续的能源也成为了一个至关重要的问题。现有的电能存储设备中,比电池和电化学电容器等电化学装置,电介质电容器因其快速充放电能力而具有最高的功率密度。而且随着电动汽车、高能武器设备等先进装备领域快速发展,高能量密度电介质材料也具有很光明的应用前景。

电介质材料是薄膜电容器中最重要的组成部分, 其性能直接决定了电容器的储能特性,通常采用聚合物。目前应用最广泛的电介质材料是聚丙烯,其相对介电常数仅有2.2, 其储能密度只有1~2j/cm3。目前最具潜力的替代材料是铁电聚合物,其具有较高的相对介电常数, 如聚偏氟乙烯 (pvdf) 的相对介电常数在9~12之间,在已知的聚合物中具有较高的储能密度值,这是由晶体域中的高极性c-f键和偶极自发组织引起的。与陶瓷材料相比,聚合物材料重量轻,具有更高的击穿强度以及更优异的伸缩性,并且可以形成复杂的结构,但其介电常数低。有鉴于此,将一些具有优异性能的纳米材料添加到聚合物基体中以制备复合材料是目前提高电介质材料储能密度的一个主要手段。

其中纳米填料根据维度可以分为三大类:(1)零维材料:钛酸钡、钛酸铜钙、二氧化钛等纳米颗粒;(2)一维材料:碳纳米管以及钛酸钡、二氧化钛等纳米线;(3)二维材料:石墨烯、氮化硼等纳米片。还本实验采用氮化硼(bn)二维材料为填料与有机铁电聚合物pvdf复合。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

将不同量的bnns与 pvdf进行复合,以溶液流延的方法制得bn/pvdf复合材料薄膜,对其形貌、物相组成、微观结构等基本特征进行表征与分析,并对其介电特性进行表征与分析。揭示高介电响应、耐击穿场强、储能密度与bn含量之间的关系并解释其中作用机理,旨在得到具有高介电响应、高耐击穿场强和高储能密度的复合材料。

2.2 研究目标

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3. 研究计划与安排

1.第1-3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。

2.第4-7周:按照设计方案,制备bn/pvdf复合材料,bn的含量从0 - 3%进行调控。利用sem,tem和ft-ir等测试手段对这类复合材料的微观结构进行表征与分析。

3.第8-11周:对bn/pvdf复合材料的介电特性进行表征与分析。研究高介电响应,耐击穿场强,储能密度与bn含量之间的关系。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] jin chen, xingyi huang, bin sun, pingkai jiang.highly thermally conductive yet electrically insulating polymer/boron nitridenanosheets nanocomposite films for improved thermal management capability [j].acs nano, 2018, 13,337.

[2] qi li, kuo han, matthew robert gadinski, guangzuzhang, and qing wang. high energy and power density capacitors fromsolution-processed ternary ferroelectric polymer nanocomposites [j]. adv.mater. 2014, 26:6244–6249.

[3] qi li, lei chen, matthew r. gadinski, shihaizhang, guangzu zhang, haoyu li, aman haque, long-qing chen, tom jackson, qingwang. flexible high-temperature dielectric materials from polymernanocomposites [j]. nature, 2015: 523,576.

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