تطبيق عامل اقتران لتحسين خصائص عازلة من نانوكومبوسس القائم على البوليمر

وتتميز أساسا عازلة تطبيقها في أجهزة تخزين الطاقة الكهربائية باستخدام اثنين من المعايير الهامة: ثابت عازلة (ε_R)وقوة انهيار (E_ب)^1,2,3. بشكل عام، المواد العضوية مثل البولي بروبلين (PP) معرض E عالية _ب (~^{10 2 MV} /m)_{ومنخفضة} ε r (في الغالب < 5)^4،,5،,6 بينما المواد غير العضوية، خاصة ferroelectrics مثل BaTiO₃، معرض عالية ε_r (10³-10⁴⁾وE منخفضة _ب (~^{10 0 MV} / م)^6،7،8. في بعض التطبيقات، والمرونة والقدرة على تحمل الآثار الميكانيكية العالية هي أيضا مهمة لاصطناد المكثفات^{عازلة 4.} ولذلك، فمن المهم لتطوير أساليب لإعداد المركبات عازلة البوليمر القائم، وخاصة لتطوير أساليب منخفضة التكلفة لخلق عالية الأداء 0-3 nanocomposites مع ارتفاع ε_r وE_ب^{9،,10،,11،,12، 13،,13,14،,15،,16،,,18.17} لهذا الغرض، طرق إعداد على أساس مصفوفات البوليمرات الكهروئية مثل البوليمر القطبي PVDF و copolymers المرتبطة بها مقبولة على نطاق واسع نظرا لارتفاع ε_r (~10)^4،19،20. في هذه nanocomposites ، الجسيمات مع ارتفاع _{ه ص}، وخاصة السيراميك ferroelectric ، وقد استخدمت على نطاق واسع كما الحشو^{6،20،21،22،23،24،25.}

عند تطوير أساليب لتصنيع مركبات السيراميك والبوليمر، وهناك قلق عام أن خصائص عازلة يمكن أن تتأثر بشكل كبير من قبل توزيع الحشو²⁶. يتم تحديد تجانس المركبات عازلة ليس فقط من خلال أساليب التحضير، ولكن أيضا من قبل الرتمة بين المصفوفة وملء²⁷. وقد ثبت من قبل العديد من الدراسات أن عدم التوحيد من مركبات السيراميك البوليمر يمكن القضاء عليها من قبل العمليات الفيزيائية مثل تدور طلاء^28،29 والساخنة الضغط^19،26. ومع ذلك، لا يغير أي من هاتين العمليتين الاتصال السطحي بين الحشو والمصفوفات؛ ولذلك، فإن المركبات التي أعدتها هذه الأساليب لا تزال محدودة في تحسين ε_r وE_ب^19،27. بالإضافة إلى ذلك ، من وجهة نظر التصنيع ، والعمليات غير مريحة غير مرغوب فيها للعديد من التطبيقات لأنها يمكن أن تؤدي إلى عمليات التصنيع أكثر تعقيدا^{بكثير 28،29.} وفي هذا الصدد، هناك حاجة إلى طريقة بسيطة وفعالة.

حاليا، فإن الأسلوب الأكثر فعالية لتحسين التوافق من nanocomposites السيراميك البوليمر يقوم على معالجة جسيمات نانوية السيراميك، الذي يعدل كيمياء السطح بين الحشو والمصفوفات^30،31. وقد أظهرت الدراسات الحديثة أن عوامل اقتران يمكن أن تكون مغلفة بسهولة على جسيمات نانوية السيراميك وتعديل فعال للارتق بين الحشو والمصفوفات دون التأثير على عملية الصب^{32،33،34،35،36}. لتعديل السطح، فمن المقبول على نطاق واسع أن لكل نظام مركب، وهناك كمية مناسبة من وكيل اقتران، والذي يتوافق مع زيادة الحد الأقصى في كثافة تخزين الطاقة³⁷؛ قد يؤدي وكيل اقتران الزائدة في المركبات في انخفاض في أداء المنتجات^36,37,38. بالنسبة للمركبات العازلة باستخدام حشوات السيراميك بحجم النانو ، يتم التكهن بأن فعالية وكيل اقتران يعتمد بشكل رئيسي على مساحة السطح من الحشو. ومع ذلك، فإن الكمية الحرجة التي ستستخدم في كل نظام نانوي الحجم لم تحدد بعد. وباختصار، هناك حاجة إلى مزيد من البحوث لاستخدام عوامل اقتران لتطوير عمليات بسيطة لتصنيع نانوكومبوسات السيراميك البوليمر.

في هذا العمل، استخدمت BaTiO₃ (BT)، المادة الحديدية الأكثر دراسة على نطاق واسع مع ثابت عازل عالية، كما الحشو، وP(VDF-CTFE) 91/9 mol٪ copolymer (VC91) واستخدمت مصفوفة البوليمر لإعداد مركبات السيراميك البوليمر. لتعديل سطح بريتيش تيليكوم nanofillers، تم شراؤها المتاحة تجاريا 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) واستخدامها كعامل اقتران. تم تحديد الكمية الحرجة من نظام النانو من خلال سلسلة من التجارب. طريقة سهلة ومنخفضة التكلفة وقابلة للتطبيق على نطاق واسع هو موضح لتحسين كثافة الطاقة من أنظمة نانو الحجم المركبة.