钽铌酸钾/聚偏氟乙烯纳米复合材料微结构设计及介电性能研究

发布时间：2023-02-07 14:38

　　聚合物基复合材料能够把无机填料和高分子材料的优势结合起来,比单相电介质材料在性能方面具有更显著的优势,使其满足在电气和电子领域方面的应用需求。为了获得高介电常数聚合物基复合材料,通常通过向聚合物中引入陶瓷粒子或导电粒子。但是研究结果表明,简单地变换复合材料中的填料和聚合物基体的种类,是难以制备出介电性能优异的聚合物基复合材料,甚至会带来一些新的问题,例如:介电损耗增加、击穿强度降低和机械性能恶化等。为了解决上述问题,本文通过设计不同结构和界面的KTa0.5Nb0.5O3(KTN)纳米填料,研究这些填料对聚偏氟乙烯(PVDF)基纳米复合材料的极化机理和电性能的影响,为制备性能优异的高介聚合物基复合材料提供理论指导和实验依据。首先,为了便于研究纳米颗粒的结构和界面对聚合物基复合材料的介电性能和微观结构的影响,本文通过正交试验的极差分析和方差分析,考量水热反应中四个主要影响因素(即反应温度、KOH浓度、反应时间和溶液体积)的权重,以实现对KTN颗粒尺寸和形状的可控。其次,通过控制填料的表面状态和形状,来实现对聚合物基复合材料介电性能的调控。水热法制备的KTN纳米颗粒(H-KTN)表面存在-O...

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 聚合物基复合材料的理论模型
        1.2.1 界面结构模型
        1.2.2 有效介电常数预测的理论模型
    1.3 高介电聚合物基复合材料的应用
    1.4 高介电聚合物基复合材料的研究进展
        1.4.1 陶瓷型填料
        1.4.2 导电型填料
        1.4.3 核壳型填料
    1.5 本论文的主要研究内容
第2章 KTN纳米颗粒的制备及尺寸控制
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料及来源
        2.2.2 KTN纳米颗粒的制备
        2.2.3 正交试验的设计
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 KTN纳米颗粒的表征
        2.3.2 极差分析
        2.3.3 方差分析
        2.3.4 KTN纳米颗粒的生长机理
    2.4 本章小结
第3章 纳米复合材料制备及KTN表面羟基化对材料介电性能的影响
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料及来源
        3.2.2 H-KTN纳米颗粒和S-KTN纳米颗粒的制备
        3.2.3 H-KTN/PVDF和S-KTN/PVDF两种复合薄膜的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 H-KTN纳米颗粒和S-KTN纳米颗粒的红外分析
        3.3.2 H-KTN/PVDF和S-KTN/PVDF两种复合薄膜的结构研究
        3.3.3 H-KTN/PVDF和S-KTN/PVDF两种复合薄膜的介电性能
    3.4 本章小结
第4章 KTN纳米颗粒的形状对PVDF复合材料介电性能的影响
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料及来源
        4.2.2 NC-KTN/PVDF和NR-KTN/PVDF两种复合薄膜的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 NC-KTN/PVDF和NR-KTN/PVDF两种复合薄膜结构表征
        4.3.2 KTN纳米颗粒和PVDF基体间的相互作用能
        4.3.3 NC-KTN/PVDF和NR-KTN/PVDF两种复合薄膜的介电性能
    4.4 本章小结
第5章 高介电低损耗核-壳结构的KTN@Ag/PVDF纳米复合薄膜的制备及介电性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验原料及来源
        5.2.2 KTN@Ag/PVDF纳米复合薄膜的制备
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 KTN@Ag/PVDF纳米复合薄膜的结构和形貌表征
        5.3.2 KTN@Ag/PVDF纳米复合薄膜的介电性能研究
    5.4 本章小结
第6章 低介电损耗单核-双壳结构的KTN@Ag@cPS/PVDF纳米复合薄膜的制备与介电性能研究
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 实验原料及来源
        6.2.2 KTN@Ag@cPS/PVDF纳米复合薄膜的制备
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 KTN@Ag@cPS纳米颗粒的红外分析
        6.3.2 KTN@Ag@cPS纳米颗粒的热重分析
        6.3.3 KTN@Ag@cPS/PVDF纳米复合薄膜的结构和形貌表征
        6.3.4 KTN@Ag@cPS/PVDF纳米复合薄膜的介电性能研究
    6.4 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
致谢



本文编号：3737006