多孔钛酸钡的制备及其应用研究
本文选题:p-BaTiO_3 切入点:p-BaTiO_3/PVDF复合材料 出处:《北京化工大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:本论文从制备纳米多孔钛酸钡(p-BaTiO3)粉体出发,选择Ag、 Ni和C作为导体并将其负载到p-BaTiO3颗粒表面,并与PVDF复合制备出多种复合材料,制备高储能密度的BaTiO3/PVDF复合材料。利用先进测量手段对p-BaTiO3粉体和BaTiO3/PVDF复合材料进行形貌表征、相态分析以及性能测量。其中在p-BaTiO3上负载7vol% Ni颗粒后成功地制备了储能密度达到4.89J/cm3的Ni@BaTiO3/PVDF复合材料。采用溶胶-凝胶法,以P123为模板剂,在100nm实心BaTiO3表面上包覆了一层多孔BaTiO3,研究了模板剂P123用量、溶液pH及反应物添加顺序对制备的多孔BaTiO3粉体的孔径及比表面积的影响,确定了制备具有一定孔径和比表面积的p-BaTiO3的较优工艺条件,当P123为3 wt%、反应溶液pH为3-4及100nm BaTiO3乙醇溶液加入到原料液的添加方式,制备出了粒径为120nm,孔径为22.4nm且分散较均匀的p-BaTiO3。将制备的p-BaTi03与PVDF复合后,发现BaTi03/PVDF复合材料介电性能有所提高。随着p-BaTi03的含量从0%逐渐增大10%时,复合材料的介电常数从7.5逐渐增大至16.7,击穿场强先逐渐增大后又开始减小,击穿场强最大为271 kV/mm,此时p-BaTi03的加入量为3 vol%。当加入7 vol%p-BaTi03颗粒时储能密度最大为3.83 J/cm3。复合材料储能密度提高的机理是p-BaTi03较大的比表面积诱导PVDF结晶相态发生改变,形成了PVDF的p相。采用浸渍法结合还原处理制备了在p-BaTiO3表面上负载有3 vol%Ag颗粒的Ag@BT颗粒,Ag颗粒的粒径在10-15nm之间。研究了Ag@BT颗粒的添加量分别为0%、3%、5%、7%和10vol%的Ag@BT/PVDF复合材料的介电、击穿场强和储能密度。增加Ag@BT颗粒体积含量,介电常数逐渐增大,最大为24.2;击穿场强先增大后减小。以添加3vol%的Ag@BT颗粒时材料的击穿场强最大为263kV/mm,此时材料的储能密度为4.34J/cm3。采用浸渍法结合还原处理还制备了Ni含量为7%的Ni@BT颗粒。研究了Ni@BT纳米颗粒体积分数分别为0%、3%、5%、7%、10%的Ni@BT/PVDF复合材料性能。增大Ni@BT颗粒含量,复合材料介电性能逐渐增大,最大介电常数为20.2。击穿场强也是先逐渐增大后减小,击穿场强最大为305 kV/mm,此时加入Ni@BT颗粒为3vol%。当Ni@BT颗粒体积分数为5%时储能密度最大,为4.89J/cm3。采用共沸蒸馏法制备了C含量5 vol%的C@BT颗粒。加入10 vol%C@BT颗粒时,介电常数最大为19.2;加入3 vol%C@BT颗粒时,击穿场强最大为272kV/mm;加入7 vol%复合材料的最大储能密度是4.26J/cm3。
[Abstract]:Based on the preparation of nano-porous barium titanate p-BaTiO3 powders, Ag, Ni and C were selected as conductors and loaded on the surface of p-BaTiO3 particles, and various kinds of composites were prepared by composite with PVDF. BaTiO3/PVDF composites with high energy storage density were prepared. The morphology of p-BaTiO3 powders and BaTiO3/PVDF composites were characterized by advanced measurement methods. Phase analysis and performance measurement. Ni@BaTiO3/PVDF composites with energy storage density of 4.89 J / cm ~ 3 were successfully prepared after loading 7vol% Ni particles on p-BaTiO3. P123 was used as template by sol-gel method. Porous BaTiO3 was coated on 100nm solid BaTiO3. The effects of the amount of template P123, pH of solution and the sequence of reactants on the pore size and specific surface area of the prepared BaTiO3 powder were studied. The optimum conditions for preparing p-BaTiO3 with certain pore size and specific surface area were determined. When P123 was 3 wt, the pH of the reaction solution was 3-4 and 100nm BaTiO3 ethanol solution was added to the raw material solution. P-BaTiO3 with a diameter of 120nm and a pore diameter of 22.4nm was prepared. The dielectric properties of p-BaTi03 / PVDF composites were improved when the content of p-BaTi03 was increased from 0% to 10cm. The dielectric constant of the composite increases from 7.5 to 16.7, and the breakdown field strength increases gradually and then decreases. The maximum breakdown field strength is 271kV / mm, and the addition amount of p-BaTi03 is 3 vol.When 7 vol%p-BaTi03 particles are added, the maximum energy storage density is 3.83 J / cm ~ (-3). The mechanism of increasing the energy storage density of the composites is that the larger specific surface area of p-BaTi03 induces the change of crystalline phase of PVDF. The p-phase of PVDF was formed. Ag@BT particles loaded with 3 vol%Ag particles on p-BaTiO3 surface were prepared by impregnation combined with reduction treatment. The particle size of Ag@BT particles was 10-15 nm. The dielectric properties of Ag@BT/PVDF composites with the addition amount of Ag@BT particles of 0% and 10 volr% were studied, respectively. Breakdown field strength and energy storage density. Increasing the volume content of Ag@BT particles, the dielectric constant increases gradually. The maximum breakdown field strength was 24.2.The breakdown field strength increased first and then decreased. The maximum breakdown field strength of the material was 263kV / mm when 3vol% Ag@BT particles were added, and the energy storage density of the material was 4.34J / cm _ 3.The Ni@BT particles with Ni content of 7% were prepared by impregnation combined with reduction treatment. The properties of 10% Ni@BT composite materials with volume fraction of 0% and 10% of Ni@BT particles were studied, and the content of Ni@BT particles was increased. The dielectric properties of the composites increased gradually, and the maximum dielectric constant was 20.2.The breakdown field strength increased at first and then decreased, and the breakdown field strength was 305kV / mm.When the Ni@BT particles were added into the composite, the energy storage density was the highest when the volume fraction of the Ni@BT particles was 5. The maximum dielectric constant was 19.2when 10 vol%C@BT particles were added, the breakdown field strength was 272kV / mm when 3 vol%C@BT particles were added, and the maximum energy storage density of 7vol% composites was 4.26J / cm ~ (-3) by azeotropic distillation.
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB332
【共引文献】
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,本文编号:1567007
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