高介电常数低介电损耗聚偏氟乙烯—碳纳米管/氰酸酯复合材料的研究
发布时间：2021-01-15 19:42
具有高介电常数的导体/聚合物基复合材料在尖端领域中的巨大应用,使其获得了广泛的关注,但其普遍存在的高介电损耗成为阻碍其应用的瓶颈。近年来,科研工作者们开始设计新颖的空间结构来获得高介电常数和低介电损耗复合材料,本文即是围绕这个课题展开研究的。首先,我们以聚偏二氟乙烯（PVDF）、酸化碳纳米管（e CNT）和氰酸酯（CE）作为基本组成,设计制备了不对称双层材料（PVDF-e CNT/CE）,其中一层为PVDF绝缘薄膜,另一层为e CNT/CE二元复合材料。研究了不同厚度及含量（f）下的PVDF-e CNT/CE复合材料的导电性和介电性能。研究表明,e CNT/CE复合材料的渗流阈值（fc）为1.6wt%;当f<fc时,具有相同f的PVDF-e CNT/CE与e CNT/CE复合材料具有相近的导电性和介电性能,即复合材料对宏观结构不敏感;当f>fc时,PVDF膜对PVDF-e CNT/CE复合材料的电性能和介电性能有显著影响,介电常数随着PVDF膜厚的增加先增加后减小;而介电损耗保持在较低的水平。如f=1.7 wt%时,PVDF膜厚为5μm的PVDF-e CNT1.7/CE复合...
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多面体低聚倍半硅氧烷包覆MWCNT反应流程图
高介电常数低介电损耗聚偏氟乙烯-碳纳米管/氰酸酯复合材料的研究 第一章制备了 MWCNT/EP 复合材料。实验表明对于同含量的 MWCNTs，具有四层浇注结构体的（MWCNT0.5/EP）4在 1Hz 时的介电常数为 465，而介电损耗仅为 0.7，是传统 MWCNT0.5/EP 二元复合材料的 4 倍和 2.1×10-2；当浇注层数超过 4 层时，复合材料的介电常数会下降。这是因为一方面，当功能体含量为 0.5wt%时，虽然MWCNT0.5/CE 复合材料内部的载流子相连形成导电网络，但是层与层之间的断层导致导电网络被阻碍，因此在层间正负电荷聚积形成空间电荷极化，从而提高了复合材料的介电常数。另一方面，由 Maxwell-Wagner-Sillars 极化方程可知，不同层数的复合材料中的基体树脂和功能体的介电常数和电导率相差很大，对 MWS 界面极化有不利影响，内部的载流子和极化电荷的迁移和极化行为与传统的二元复合材料差别很大，会导致浇注层数增多，层与层之间的相容性下降，从而降低复合材料的介电常数。
高介电常数低介电损耗聚偏氟乙烯-碳纳米管/氰酸酯复合材料的研究 第二章在 70℃水浴中磁力搅拌 1h，使其充分混合至澄清透明的无色液体，冷却至室温后用体积比为 3:2 的 DMF 和丙酮稀释成浓度为 30mg/mL、50mg/mL、75mg/mL、100mg/mL、150mg/mL 和 300mg/mL 的溶液，将 eCNT/CE 复合材料固定在旋转涂膜机上，以 2000r/min 的转速转 2min，使溶液能够均匀涂膜在复合材料表面；在 20℃下热处理 12h 后，得到 PVDFd-eCNTq/CE 复合材料，其中 d 代表 PVDF 膜的厚度（单位为μm），q 代表复合材料中 eCNT 的质量分数。2.2.5 结构表征与性能测试2.2.5.1 SEM采用日本日立 S-4700 的 SEM 观察放大倍数下复合材料的断裂面形态。其中，样品在测试前需在 60℃干燥灯下干燥 1h。2.2.5.2 XRD
【参考文献】：
期刊论文
[1]A phase-field model for simulating various spherulite morphologies of semi-crystalline polymers[J]. 王晓东,欧阳洁,苏进,周文. Chinese Physics B. 2013(10)
[2]湿化学法制备β-PVDF/NiZn铁氧体复合膜的微结构和介电性能[J]. 陈倩,杜丕一,金璐,翁文剑,韩高荣. 稀有金属材料与工程. 2008(S2)
[3]聚偏氟乙烯压电薄膜的制备及结构[J]. 傅万里,杜丕一,翁文剑,韩高荣. 材料研究学报. 2005(03)
[4]聚偏氟乙烯各种晶型的形貌特征及其球晶在拉伸过程中的变化[J]. 吴嘉真,周啸,阮竹. 高分子材料科学与工程. 1988(05)
本文编号：2979403
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多面体低聚倍半硅氧烷包覆MWCNT反应流程图
高介电常数低介电损耗聚偏氟乙烯-碳纳米管/氰酸酯复合材料的研究 第一章制备了 MWCNT/EP 复合材料。实验表明对于同含量的 MWCNTs，具有四层浇注结构体的（MWCNT0.5/EP）4在 1Hz 时的介电常数为 465，而介电损耗仅为 0.7，是传统 MWCNT0.5/EP 二元复合材料的 4 倍和 2.1×10-2；当浇注层数超过 4 层时，复合材料的介电常数会下降。这是因为一方面，当功能体含量为 0.5wt%时，虽然MWCNT0.5/CE 复合材料内部的载流子相连形成导电网络，但是层与层之间的断层导致导电网络被阻碍，因此在层间正负电荷聚积形成空间电荷极化，从而提高了复合材料的介电常数。另一方面，由 Maxwell-Wagner-Sillars 极化方程可知，不同层数的复合材料中的基体树脂和功能体的介电常数和电导率相差很大，对 MWS 界面极化有不利影响，内部的载流子和极化电荷的迁移和极化行为与传统的二元复合材料差别很大，会导致浇注层数增多，层与层之间的相容性下降，从而降低复合材料的介电常数。
高介电常数低介电损耗聚偏氟乙烯-碳纳米管/氰酸酯复合材料的研究 第二章在 70℃水浴中磁力搅拌 1h，使其充分混合至澄清透明的无色液体，冷却至室温后用体积比为 3:2 的 DMF 和丙酮稀释成浓度为 30mg/mL、50mg/mL、75mg/mL、100mg/mL、150mg/mL 和 300mg/mL 的溶液，将 eCNT/CE 复合材料固定在旋转涂膜机上，以 2000r/min 的转速转 2min，使溶液能够均匀涂膜在复合材料表面；在 20℃下热处理 12h 后，得到 PVDFd-eCNTq/CE 复合材料，其中 d 代表 PVDF 膜的厚度（单位为μm），q 代表复合材料中 eCNT 的质量分数。2.2.5 结构表征与性能测试2.2.5.1 SEM采用日本日立 S-4700 的 SEM 观察放大倍数下复合材料的断裂面形态。其中，样品在测试前需在 60℃干燥灯下干燥 1h。2.2.5.2 XRD
【参考文献】：
期刊论文
[1]A phase-field model for simulating various spherulite morphologies of semi-crystalline polymers[J]. 王晓东,欧阳洁,苏进,周文. Chinese Physics B. 2013(10)
[2]湿化学法制备β-PVDF/NiZn铁氧体复合膜的微结构和介电性能[J]. 陈倩,杜丕一,金璐,翁文剑,韩高荣. 稀有金属材料与工程. 2008(S2)
[3]聚偏氟乙烯压电薄膜的制备及结构[J]. 傅万里,杜丕一,翁文剑,韩高荣. 材料研究学报. 2005(03)
[4]聚偏氟乙烯各种晶型的形貌特征及其球晶在拉伸过程中的变化[J]. 吴嘉真,周啸,阮竹. 高分子材料科学与工程. 1988(05)
本文编号：2979403
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