Применение агента соединения для улучшения диэлектрических свойств полимерных нанокомпозитов

Диэлектрики, применяемые в устройствах хранения электрической энергии, в основном характеризуются двумя важными параметрами: диэлектрической константой_(r)и прочностью поломки(E_b)^1,,2,,3. В целом, органические материалы, такие как полипропилен (PP) демонстрируют высокий E_b (10² МВ/м) и_низкий q r (в основном lt;5) 4 ,^5,6вто время как неорганические материалы, особенно ферроэлектрики, такие как BaTiO₃, демонстрируют высокий r (10³-10⁴) и низкий E_b (10⁰ MV/m)^6,7,8._r В некоторых приложениях гибкость и способность выдерживать высокие механические воздействия также важны для изготовления диэлектрических конденсаторов^4. Поэтому важно разработать методы подготовки полимерных диэлектрических композитов, особенно для разработки недорогих методов создания высокую производительность 0-3 нанокомпозитов с высоким q_r и E_b^{9,,10,,11,,12,,13,,14,,15,,16,,17,,18.} Для этого методы подготовки, основанные на ферроэлектрических полимерных матрицах, таких как полярный полимер PVDF и его коррелированные кополимеры широко принимаются из-за_их более высокого r (No 10)^4,19,20. В этих нанокомпозитах частицы с высоким e_r,особенно ферроэлектрической керамикой, широко используются^{в качестве наполнителей 6,,20,,21,,22,,23,,24,,25.}

При разработке методов производства керамическо-полимерных композитов существует общая обеспокоенность тем, что диэлектрические свойства могут существенно зависеть от распределения наполнителей^26. Однородность диэлектрических композитов определяется не только методами подготовки, но и наносимостью между матрицей и наполнителями^27. Было доказано многими^{исследованиями,}что не однородность керамическо-полимерных композитов может быть устранена физическими процессами, такими как^{спин-покрытие 28,29} и^{горячее нажатие 19,26}. Однако ни один из этих двух процессов не меняет поверхностную связь между наполнителями и матрицами; таким образом, композиты, подготовленные этими методами, по-прежнему ограничены в_{улучшении} r и E_b^19,27. Кроме того, с производственной точки зрения, неудобные процессы нежелательны для многих приложений, поскольку они могут привести к гораздо более сложным процессам изготовления^28,,29. В этой связи необходим простой и эффективный метод.

В настоящее время наиболее эффективным методом повышения совместимости керамическо-полимерных нанокомпозитов является обработка керамических наночастиц, которая изменяет химию поверхности между наполнителями и^{матрицами 30,,31.} Недавние исследования показали, что соединять агенты могут быть легко покрыты керамическими наночастицами и эффективно изменять wettability между наполнителями и матрицы, не^{влияя на процесс литья 32,33,34,35,36}. Для модификации поверхности широко признано, что для каждой композитной системы имеется подходящее количество ас-агентов связи, что соответствует максимальному увеличению плотности^{хранения энергии 37;} избыточное соединение агента в композитах может привести к снижению производительности^{продукции 36,,37,,38.} Для диэлектрических композитов с использованием наноразмерных керамических наполнителей, предполагается, что эффективность сопутственного агента в основном зависит от площади поверхности наполнителей. Однако критическое количество, используемое в каждой наноразмерной системе, еще предстоит определить. Короче говоря, необходимы дальнейшие исследования для использования агентов связи для разработки простых процессов для производства керамических полимерных нанокомпозитов.

В этой работе, BaTiO₃ (BT), наиболее широко изученный ферроэлектрический материал с высокой диэлектрической постоянной, был использован в качестве наполнителей, и P (VDF-CTFE) 91/9 мол% кополимер (VC91) был использован в качестве полимерной матрицы для подготовки керамическо-полимерных композитов. Для изменения поверхности нанофиллеров BT, коммерчески доступны 3-аминопропилтриетоксисилана (KH550) был приобретен и использован в качестве агента связи. Критическое количество нанокомпозитной системы было определено в ходе серии экспериментов. Простой, недорогой и широко применимый метод демонстрируется для улучшения плотности энергии наноразмерных композитных систем.