聚硫脲复合电介质薄膜材料制备及储能特性研究

发布时间：2021-09-02 22:27

　　随着电子和电力行业的快速发展,对电介质电容器提出了更高的要求。高能量密度和高充放电效率的电容器需要有性能更加优异的电介质材料作为基础,电介质材料的性能很大程度上决定了电容器的性能。与其他电容器相比,有机薄膜电容器具有更高的储能密度和击穿场强,而且成本较低。本论文以线性高分子介电材料?芳香族聚硫脲（ArPTU）为基体,分别复合P（VDF-TrFE-CFE）和BaTiO₃纳米线制备出全有机体系和有机-无机体系复合薄膜。对介电薄膜的表面形貌和微观结构进行表征,并测试了相关介电性能和储能特性,具体研究工作内容和结论如下:（1）选择溶液流延法制备ArPTU介电薄膜,系统地研究了分子量、溶液浓度以及驱溶温度对ArPTU薄膜的介电性能和微观结构的影响。采用FTIR和XRD表征薄膜样品的分子结构和晶相,测试介电常数、介电损耗、击穿场强和充放电效率来比较薄膜的储能特性。研究结果表明,选择较低分子量和适中溶液浓度（9 wt.%）,在60℃驱溶温度下,制备的ArPTU薄膜表面形貌更加光滑平整。介电性能测试表明,ArPTU薄膜的介电常数为4.5,介电损耗为0.0196,本征击穿场强为50... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

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芳香族聚硫脲

]，是如今研究介电材料的重点方向。如图1-2所示，PVDF分子的C-F键的高偶极矩能够产生更高的介电常数，不幸的是，PVDF及其共聚物的高剩余极化和大磁滞损耗限制了它们作为电容器中的介电材料的应用。解决这个问题的一种方式就是通过将结构缺陷结合到PVDF基质中来设计具有降低的滞后弛豫铁电聚合物。例如，将氟氯乙烯（CFE）引入聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)（PVDF-TrFE）中，形成聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氟氯乙烯)，并且观察到窄的磁滞回线和高介电常数（>35）[35-36]，然而PVDF三元共聚物在高电场下显示出高介电损耗损耗[37]。图1-2PVDF分子式

第二章实验仪器和基本原理9图2-1平行板电容器图2-1是一个平行板电容器及其外形尺寸，每个极板的正对面积为A。如果矩形极板的长为L，宽度为W，则两块平行板之间的正对面积可以由以下公式（2-1）表示：=×（2-1）如果两平行板之间的距离d远小于它们的宽度和长度，则可以得出该平行板电容器的电容如公式（2-2）所示：=（2-2）式中ε为两极板之间电介质材料的介电常数。根据公式（2-2）可以得出：平行板电容器的电容与电介质材料的介电常数、极板正对面积和极板间距离有关。具体关系如下：与电介质材料的介电常数成正比，与极板正对面积成正比，与极板间距离成反比。因此想提高平行板电容器的电容，可以通过增大极板间正对面积、减小极板间距离以及提升电介质材料的介电常数来实现。当平行板电容器两极板间加上电压，电容器处于充电状态，外部电源在传递电荷对电容器做功。整个充电过程实质就是电容器在储存能量的过程，外部电源所做功的大小就是电容器储存能量的大校因此，电容器的储能大小W可以用公式（2-3）所示：=122（2-3）式中C为电容器的电容，U是加在电容器极板间的充电电压。其中U的表达式如公式（2-4）所示：=×（2-4）


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