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毕业论文网 > 文献综述 > 化学化工与生命科学类 > 化学工程与工艺 > 正文

年产100吨互穿网络结构PVDF/PMMA的制备及设计文献综述

 2020-04-15 08:04  

1.目的及意义

当今世界各国都在大力发展可再生资源,但是可再生资源存在过度开发利用和不方便使用的问题,若能将其他能源转化为电能存储起来,可以从根本上解决以上出现的问题。因此,储能是目前亟待解决的主要问题之一。电容器是一种非常重要的储能材料,具有存储电荷的均匀电场的功能。被广泛应用于电子信息、工业控制、航空航天、军工、数字家电等领域。随着电子集成行业的不断进步,对电容器的应用要求越来越趋向于集成化、微型化、轻型化和高稳定性的方向。因此,高储能密度电容器已经成为了行业界内的研究热点和重点。电介质材料是电容器的一个重要组成部分,电介质材料的储能能力在很大程度上决定了电容器的储能能力。传统的电介质材料包括有机高分子材料和无机陶瓷材料。常见的有机高分子材料柔性好,具有较好的可加工性,介电损耗低,但同时介电常数也较低。无机陶瓷材料具有较高的介电常数,但制备工艺复杂,介电损耗高。由此可见,单一组分的材料难以同时获得优异的介电性能和机械性能,因此,可以通过将介电材料组合或者复合的方法期望得到具有高介电常数、低介电损耗和良好的可加工性的新型介电材料。

聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,简称PVDF),是半结晶性含氟聚合物,具有良好的物理与化学稳定性,且相对于大多数聚合物材料,拥有较高的介电常数以及极低的介电损耗,因此其被广泛用于柔性介电材料的研究工作中。但PVDF加工困难,不易得到,表面光滑、质地均匀的薄膜,与其他材料的粘结性能较差,且价格昂贵。这些因素影响了PVDF在薄膜材料领域的广泛应用。

从国内外的研究现状来看,聚偏氟乙烯基复合材料的研究报道比较多,对聚偏氟乙烯基复合材料介电常数和介电损耗特性的研究比较深入。

Lin Zhang等人[1]将纳米镍粒子按照70/30 mol.%和88/12 mol.%分别与 P(VDF-TrFE) 和P(VDF-CTFE)进行复合,通过溶液铺膜和热压的方法,制备了两种复合材料。通过介电性能测试发现,这两种体系的复合材料具有非常相似的渗流行为,渗流阈值均大于55 vol.%,在100 Hz时候的介电常数约为1000。

ZhiMin Dang等人[2]将纳米BaTiO3颗粒和微米BaTiO3颗粒共填充到PVDF基体中,实验过程采用流延法将PVDF/BaTiO3的混合溶液投到玻璃基板上,在100℃下加热1h去除溶剂。当纳米-微米BaTiO3总填充量为40vol%,纳米BaTiO3和微米BaTiO3质量配比1:1时材料获得最佳性能。此时纳米颗粒恰好能最大程度填在微米颗粒的缝隙中,整个体系有优越密实的内部结构,材料的介电常数高达55。

理论上,聚偏氟乙烯的击穿电压可达600MV/μm,介电质高击穿电压决定电容器的高储能密度,并且聚偏氟乙烯的物化性能优异,因此聚偏氟乙烯基复合材料是用来做薄膜电容器介电层的首选。而聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate,简称PMMA)对于含氟聚合物来说,一方面具有较高的玻璃化转变温度,另一方面其具有较低的介电损耗和较大的击穿场强,此外相对来说其还具有价格低廉,容易制备等优点。

Bingcheng Luo 等人[3]采用共混法和热模压法制备了 p (VDF-HFP) / PMMA 复合薄膜。结果表明 p (VDF-HFP)与 PMMA 之间存在良好的相互作用和相容性。与纯膜相比,共混膜的介电常数和损耗均有所降低。共混膜的铁电滞回线比原来的 p (VDF-HFP)薄得多。在475mv / m 电场作用下,p (VDF-HFP) / PMMA 共混膜的放电能量密度为11.2 j / cm3,放电效率为85.8% 。共混膜的放电能量密度是原膜的2.6倍,储能效率是原膜的2.07倍。

Feihua Liu等人[6]制备了一种由聚1,1-二氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯铁电三元共聚物和线性介质聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成的共混聚合物。它是在两种纯聚合物混合后采用简便的溶液浇铸法制备的。与纯三元共聚物相比,共混物的介电击穿强度明显提高,杨氏模量增加,介电损耗降低,充放电效率提高。这些结果表明,在铁电聚合物基体中加入线性介质 PMMA 可以显著提高材料的力学性能,减小介质损耗,从而提高电容器的击穿强度和充放电效率,提高介质薄膜电容器的可靠性和使用寿命。

因此本文中拟制备出一种具有互穿网络结构的材料,将聚偏氟乙烯溶解在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中,并以此作为溶剂合成聚甲基丙烯酸甲酯,以此来制备具有互穿网络结构的PVDF/PMMA复合材料和对其进行储能性能进行研究,确定工艺条件。

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2. 研究的基本内容与方案

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1、研究的基本内容

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