高储能密度电容器用聚合物薄膜介电击穿特性研究

发布时间：2017-09-10 15:37

  本文关键词：高储能密度电容器用聚合物薄膜介电击穿特性研究

  更多相关文章： 薄膜电容器 聚偏氟乙烯 介电性能 耐击穿性 储能密度

【摘要】：高储能密度电容器是近年来的一个研究热点,在实际应用中用途广泛,比如可以用来存储能量,还可以在电子装置中用作直线母流电容器等。其中,薄膜电容器由于其体积小,存储能量密度高,制备工艺简单及可靠性高等特点逐渐开始受到广泛关注。薄膜电容器一般选用陶瓷类物质或者聚合物充当介质层,因为它们具有较高的相对介电常数或击穿电压。本文选取具有优良物理化学性能和高耐压性的聚偏氟乙烯(PVDF)为主要研究对象,用刮涂成膜法制备出样品膜,测试薄膜的介电性和耐压特性,然后对样品膜进行微观分析表征,表征方法包括:扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和扫描差示量热法(DSC)。主要研究内容和结论如下:(1)通过控制不同的热处理时间和温度制备出不同晶型的聚偏氟乙烯薄膜,研究聚偏氟乙烯α相、β相和γ相的介电性能和耐压性能。微观分析结果表明β相在高温退火工艺下可以转化成α相。介电特性分析结果表明自由电容与损耗都具有频率依赖性,自由电容随频率的升高而降低,损耗随频率的升高而增加;α相的相对介电常数最高,这归因于α相薄膜内部极化更完整。耐压性能测试结果表明γ相的耐击穿性能比其他晶型要高,通过降低材料的结晶度,可以有效的提高薄膜的耐电压击穿性能。(2)为提高薄膜的耐电压特性,在PVDF中加入宽温范围内具有高击穿电压的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。聚甲基丙烯酸甲酯的杨氏模量高,可改善材料的机械性能。另外,聚甲基丙烯酸甲酯与聚偏氟乙烯之间能形成氢键,增加了二者的相容性,微观上不会出现相分离现象。研究结果表明,聚甲基丙烯酸甲酯的掺入量对复合膜的晶相、介电及耐压特性有明显影响。当PMMA的掺入量在5%以内时,聚偏氟乙烯的结晶度降低并使得薄膜的相对介电常数略有下降,但击穿电压明显提升,最高达153V/μm,此时薄膜电容器的储能密度可达0.7J/cc。
【关键词】：薄膜电容器 聚偏氟乙烯 介电性能 耐击穿性 储能密度
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景11
• 1.2 电容器概述11-12
• 1.3 高储能密度电容器的应用12-13
• 1.4 PVDF基复合材料的研究进展13-15
• 1.5 本论文研究意义和研究内容15-16
• 1.6 论文结构体系16-17
• 第二章 电介质材料的击穿理论和测试表征方法17-30
• 2.1 介质材料的储能机理17-19
• 2.2 固体击穿理论概述19-25
• 2.2.1 热击穿19-20
• 2.2.2 电击穿20-21
• 2.2.3 局部放电击穿21-24
• 2.2.4 聚合物的特殊击穿24-25
• 2.3 聚偏氟乙烯的介绍25-26
• 2.4 薄膜制备方法26-27
• 2.5 样品膜性能测试和表征方法27-30
• 2.5.1 性能测试27
• 2.5.1.1 介电性能测试27
• 2.5.1.2 耐压性能测试27
• 2.5.2 表征方法27-30
• 2.5.2.1 扫描电子显微镜27-28
• 2.5.2.2 X射线衍射28
• 2.5.2.3 傅里叶红外光谱图28
• 2.5.2.4 差示扫描量热法28-30
• 第三章 不同晶型聚偏氟乙烯薄膜的制备及其介电击穿特性研究30-51
• 3.1 实验材料及测试仪器30-31
• 3.2 PVDF薄膜电容器制备过程31-32
• 3.2.1 实验前准备31
• 3.2.2 配制PVDF溶液31
• 3.2.3 制备薄膜31-32
• 3.2.4 膜退火处理32
• 3.3 蒸镀电极32-33
• 3.4 b 晶型和a 晶型PVDF薄膜的制备33-43
• 3.4.1 性能测试34-37
• 3.4.1.1 介电性能测试34-37
• 3.4.1.2 耐压性能测试37
• 3.4.2 薄膜表征37-43
• 3.4.2.1 扫描电子显微镜37-40
• 3.4.2.2 X射线衍射40-41
• 3.4.2.3 傅里叶红外吸收图41-42
• 3.4.2.4 差示扫描量热法42-43
• 3.5 c 晶型PVDF薄膜的制备43-50
• 3.5.1 性能测试44-46
• 3.5.1.1 介电性能测试44-45
• 3.5.1.2 耐压性能测试45-46
• 3.5.2 薄膜表征46-50
• 3.5.2.1 扫描电子显微镜46-47
• 3.5.2.2 X射线衍射47-48
• 3.5.2.3 傅里叶红外吸收图48-49
• 3.5.2.4 扫描差示量热法49-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第四章 PVDF/PMMA复合薄膜的制备及其介电击穿特性研究51-60
• 4.1 PVDF/PMMA复合薄膜的制备51-52
• 4.2 性能测试52-55
• 4.2.1 介电性能测试52-54
• 4.2.2 耐压性能测试54-55
• 4.3 薄膜表征55-58
• 4.3.1 扫描电子显微镜55-56
• 4.3.2 X射线衍射56-57
• 4.3.3 傅里叶红外吸收图谱57-58
• 4.3.4 差示扫描量热法58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 全文工作总结和展望60-62
• 5.1 工作总结60
• 5.2 展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-68
• 攻读硕士学位期间取得的成果68-69

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本文编号：825118