耦合剂在提高聚合物纳米复合物介电性能方面的应用

电介质在电能存储装置中主要采用两个重要参数：电介质常数_（+r）和分解强度（E_bb）1、2、3。^1,2,3一般来说，有机材料，如聚丙烯 （PP） 表现出高 E_b （±10² MV/m） 和低 μ_r （主要是 <5）^4，5，^6，而无机材料， 特别是铁电，如BaTiO_3，表现出高_\r（10 ^3-104）和低E _b（+10 ⁰ MV/m）6，7，8。^6,7,8,在某些应用中，灵活性和承受高机械冲击的能力对于制造介电电容器^{4也很重要}。因此，开发制备聚合物基介电复合材料的方法非常重要，特别是对于开发低成本方法，以制造高性能0-3纳米复合材料，具有高_\r和E _b9、10、11、12、13、14、15、16、17、18。^{9,10,11,12,13,14,15,16,17,18}为此，基于铁电聚合物基质（如极量聚合物PVDF及其相关共聚合物）的制备方法由于其较高的_+r （+10）4、19、20，^{4,19,被广泛接受}。在这些纳米合成物中，高_{e r}的粒子，特别是铁电陶瓷，已被广泛用作填料^{6，20，21，22，23，24，25。20,21,22,23,24,256}

在开发制造陶瓷聚合物复合材料的方法时，人们普遍担心介电特性会受到填料^{26的分布显著影响}。介电复合材料的均匀性不仅取决于制备方法，还取决于基质和填料之间的可湿^性。许多研究已经证明，陶瓷聚合物复合材料的不均匀性可以通过物理过程，如自旋涂层^28，29,和热压^{19，26，,可以消除}。²⁹但是，这两个过程都不会改变填料和矩阵之间的表面连接;因此，这些方法所准备的复合材料在改进_\r和E_b^{19，27方面仍然有限}。此外，从制造的角度来看，不方便的工艺是许多应用不可取的，因为它们会导致更复杂的制造过程^{28，29。28,}在这方面，需要一种简单和有效的方法。

目前，提高陶瓷聚合物纳米合成物相容性最有效的方法是基于陶瓷纳米粒子的处理，它修改了填料和^{表层30、31之间的表面化学}。最近的研究表明，耦合剂可以很容易地涂在陶瓷纳米颗粒上，并有效地修改填料和矩阵之间的可处理性，而不影响铸造工艺32，33，34，35，36。^{32,33,34,35,36}在表面改性方面，人们普遍认为，对于每个复合材料系统，都有合适的耦合剂，相当于能量储存密度^{的最大增加37;}复合材料中过量耦合^,剂可能导致产品^{36、37、38,37的性能下降}。对于采用纳米尺寸陶瓷填料的介电复合材料，推测耦合剂的有效性主要取决于填料的表面面积。然而，每个纳米大小的系统使用的关键量尚未确定。简言之，还需要进一步研究使用耦合剂开发制造陶瓷聚合物纳米复合体的简单工艺。

在这项工作中，BaTiO₃ （BT）是研究最广泛的高介电常数的铁电材料，用作填料，P（VDF-CTFE） 91/9 mol% 共聚合物 （VC91） 用作制备陶瓷聚合物复合材料的聚合物基质。为了改变BT纳米填埋器的表面，购买了市售的3-氨基三乙基硅烷（KH550），并用作耦合剂。通过一系列实验确定了纳米合成系统临界量。一种简单、低成本、广泛应用的方法，提高了纳米级复合材料系统的能量密度。