高介电性聚乙烯杂化材料制备与性能研究
发布时间：2021-07-20 09:48
随着电子技术产业的飞速发展,传统的电容器材料已经越来越难以满足市场需求,所以很多学者致力于开发具有高介电常数和高储能密度等综合性能优异的新型电介质材料。由于高分子聚合物的化学稳定性优异、容易加工、并且成本低而被广泛应用在电容器等领域,但是这类聚合物普遍介电常数较低,所以如何提高聚合物的介电常数成为了一个新的挑战。在本文中,以低密度聚乙烯（LDPE）为聚合物基体,分别选用多壁碳纳米管和钛酸钡纳米粒子为无机填料,乙烯-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油脂（POE-GMA）弹性体作为相容剂制备低密度聚乙烯基复合材料,并且研究了不同无机纳米粒子的不同添加含量对复合材料介电和储能等综合性能的影响,具体研究内容和取得结果如下:（1）选用羧基化的碳纳米管（MWCNT-COOH）作为无机填料,通过固定体系中POE-GMA弹性体的量,采用溶液共混法制备MWCNT-COOH/POE-GMA/LDPE复合材料。研究不同MWCNT-COOH的添加含量对低密度聚乙烯基复合材料结晶性能、介电性能、力学等综合性能的影响。通过扫描电镜等手段可以看出POE-GMA包覆的MWCNT-COOH在聚乙烯基体中有良好的分散。研究...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纳米复合材料的多层核模型示意图
第1章绪论3米复合材料的介电性质。因为电荷在纳米粒子-聚合物基体界面处的大量累积，导致界面区域的电导率大幅增加。总的来说，Lewis认为，在纳米粒子表面积聚的大量电荷形成了一个通路，并且载流子沿着该通路迁移形成漏电电流，如图1-2（b）所示，复合材料电导率的改变可以通过调控复合材料的微观界面结构来实现。图1-2(a)复合材料界面扩散双层模型[17]，(b)复合材料漏电电流通道模型1.2高介电复合材料的性能表征1.2.1介电常数及介电损耗介电常数用来描述电介质的极化程度，即其束缚电荷的能力。介电常数越高，束缚电荷的能力越强。除介电常数外，电容、介电损耗也是电介质材料的重要特征：（1）电容：两个平行电极之间填充的电介质可以形成最常见的平行板电容器。当对两个电极施加外电场时，大量电荷会聚集在电极上。电荷的总量随着电压增大而增大，该比值为平板电容器的电容。CVQ=1-1在公式中，Q为电量，C为电压，V为电容。电容还与电极板面积、介电常数成正比，与电极板间的距离成分反比[18]：tr0AC=1-2在公式中，A为电极板面积，t为电极板间距离，0为真空介电常数，其值为8.85×10-12F/m,r为相对介电常数。在本文中除特别说明外，介电常数都是指相对介电常数。（2）介电常数：
第1章绪论6图1-3电位移-电场曲线示意图复合材料的储能密度并不随着电场强度的增大而显著增加。铁电材料由于在充放电过程中伴随介电损耗，其存储的能量必然会损失一小部分，因此存在明显的电滞回线。储能密度相应的计算公式为[26,27]：==EErUdPEdEEE000)(1-9在公示中，U是聚合物储能密度，E是施加的外电场，0是真空介电常数，r是材料自身介电常数。对于类似聚乙烯或者聚丙烯的线性电介质来说，当施加外电场时，介电损耗非常小，几乎不存在电滞回线。因为可以视为线性电介质的介电常数恒定不变，所以线性电介质储能密度公式可简化为[28]:2r021=EU1-10此时，电介质的储能密度和外加电场强度的平方成正比。1.3高介电复合材料的发展现状1.3.1导电粒子填充聚合物基复合材料目前，制备具有高介电常数的聚合物复合材料的方法主要有两种。第一种是将导电纳米粒子添加到聚合物中以提高复合材料的介电常数。基于逾渗理论[29]，当聚合物基体加入导电纳米粒子后，复合材料的介电常数由于内部产生Maxwell-Wagner-Sillars（MWS）作用而显著增加。微电容理论认为聚合物作为基体时，向其中加入导电粒
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米ZnO和纳米MMT对低密度聚乙烯介电性能的影响[J]. 程羽佳,郭宁,王若石,张晓虹. 复合材料学报. 2015(01)
[2]碳纳米管和碳微米管的结构、性质及其应用[J]. 刘剑洪,吴双泉,何传新,卓海涛,朱才镇,李翠华,张黔玲. 深圳大学学报(理工版). 2013(01)
[3]逾渗理论的研究及应用进展[J]. 刘生丽,冯辉霞,张建强,王毅. 应用化工. 2010(07)
[4]高介电常数的聚合物基纳米复合电介质材料[J]. 党智敏,王海燕,彭勃,雷清泉. 中国电机工程学报. 2006(15)
[5]碳纳米管的力学性能及碳纳米管复合材料研究[J]. 辜萍,王宇,李广海. 力学进展. 2002(04)
[6]纳米（nm）级无机粒子对塑料增韧增强研究进展[J]. 胡圣飞,徐声钧,李纯清. 塑料. 1998(04)
[7]以光老化试样验证聚烯烃击穿的陷阱理论[J]. 王新生,屠德民. 电工技术学报. 1994(02)
[8]聚合物击穿的陷阱理论及其在聚丙烯上的验证[J]. 屠德民,王新生,刘付德,杨百屯,刘耀南. 电工技术学报. 1993(03)
[9]不均匀介质相对介电常数和介质损耗角正切的计算[J]. 龚炽昌. 电工技术学报. 1987(02)
[10]低密度聚乙烯[J]. 塑料工业. 1976(03)
硕士论文
[1]聚乙烯基微—纳米复合材料介电性能研究[D]. 程成.哈尔滨理工大学 2017
本文编号：3292596
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纳米复合材料的多层核模型示意图
第1章绪论3米复合材料的介电性质。因为电荷在纳米粒子-聚合物基体界面处的大量累积，导致界面区域的电导率大幅增加。总的来说，Lewis认为，在纳米粒子表面积聚的大量电荷形成了一个通路，并且载流子沿着该通路迁移形成漏电电流，如图1-2（b）所示，复合材料电导率的改变可以通过调控复合材料的微观界面结构来实现。图1-2(a)复合材料界面扩散双层模型[17]，(b)复合材料漏电电流通道模型1.2高介电复合材料的性能表征1.2.1介电常数及介电损耗介电常数用来描述电介质的极化程度，即其束缚电荷的能力。介电常数越高，束缚电荷的能力越强。除介电常数外，电容、介电损耗也是电介质材料的重要特征：（1）电容：两个平行电极之间填充的电介质可以形成最常见的平行板电容器。当对两个电极施加外电场时，大量电荷会聚集在电极上。电荷的总量随着电压增大而增大，该比值为平板电容器的电容。CVQ=1-1在公式中，Q为电量，C为电压，V为电容。电容还与电极板面积、介电常数成正比，与电极板间的距离成分反比[18]：tr0AC=1-2在公式中，A为电极板面积，t为电极板间距离，0为真空介电常数，其值为8.85×10-12F/m,r为相对介电常数。在本文中除特别说明外，介电常数都是指相对介电常数。（2）介电常数：
第1章绪论6图1-3电位移-电场曲线示意图复合材料的储能密度并不随着电场强度的增大而显著增加。铁电材料由于在充放电过程中伴随介电损耗，其存储的能量必然会损失一小部分，因此存在明显的电滞回线。储能密度相应的计算公式为[26,27]：==EErUdPEdEEE000)(1-9在公示中，U是聚合物储能密度，E是施加的外电场，0是真空介电常数，r是材料自身介电常数。对于类似聚乙烯或者聚丙烯的线性电介质来说，当施加外电场时，介电损耗非常小，几乎不存在电滞回线。因为可以视为线性电介质的介电常数恒定不变，所以线性电介质储能密度公式可简化为[28]:2r021=EU1-10此时，电介质的储能密度和外加电场强度的平方成正比。1.3高介电复合材料的发展现状1.3.1导电粒子填充聚合物基复合材料目前，制备具有高介电常数的聚合物复合材料的方法主要有两种。第一种是将导电纳米粒子添加到聚合物中以提高复合材料的介电常数。基于逾渗理论[29]，当聚合物基体加入导电纳米粒子后，复合材料的介电常数由于内部产生Maxwell-Wagner-Sillars（MWS）作用而显著增加。微电容理论认为聚合物作为基体时，向其中加入导电粒
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米ZnO和纳米MMT对低密度聚乙烯介电性能的影响[J]. 程羽佳,郭宁,王若石,张晓虹. 复合材料学报. 2015(01)
[2]碳纳米管和碳微米管的结构、性质及其应用[J]. 刘剑洪,吴双泉,何传新,卓海涛,朱才镇,李翠华,张黔玲. 深圳大学学报(理工版). 2013(01)
[3]逾渗理论的研究及应用进展[J]. 刘生丽,冯辉霞,张建强,王毅. 应用化工. 2010(07)
[4]高介电常数的聚合物基纳米复合电介质材料[J]. 党智敏,王海燕,彭勃,雷清泉. 中国电机工程学报. 2006(15)
[5]碳纳米管的力学性能及碳纳米管复合材料研究[J]. 辜萍,王宇,李广海. 力学进展. 2002(04)
[6]纳米（nm）级无机粒子对塑料增韧增强研究进展[J]. 胡圣飞,徐声钧,李纯清. 塑料. 1998(04)
[7]以光老化试样验证聚烯烃击穿的陷阱理论[J]. 王新生,屠德民. 电工技术学报. 1994(02)
[8]聚合物击穿的陷阱理论及其在聚丙烯上的验证[J]. 屠德民,王新生,刘付德,杨百屯,刘耀南. 电工技术学报. 1993(03)
[9]不均匀介质相对介电常数和介质损耗角正切的计算[J]. 龚炽昌. 电工技术学报. 1987(02)
[10]低密度聚乙烯[J]. 塑料工业. 1976(03)
硕士论文
[1]聚乙烯基微—纳米复合材料介电性能研究[D]. 程成.哈尔滨理工大学 2017
本文编号：3292596
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3292596.html
