本文關(guān)鍵詞：高儲(chǔ)能密度電容器用聚合物薄膜介電擊穿特性研究

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【摘要】：高儲(chǔ)能密度電容器是近年來的一個(gè)研究熱點(diǎn),在實(shí)際應(yīng)用中用途廣泛,比如可以用來存儲(chǔ)能量,還可以在電子裝置中用作直線母流電容器等。其中,薄膜電容器由于其體積小,存儲(chǔ)能量密度高,制備工藝簡單及可靠性高等特點(diǎn)逐漸開始受到廣泛關(guān)注。薄膜電容器一般選用陶瓷類物質(zhì)或者聚合物充當(dāng)介質(zhì)層,因?yàn)樗鼈兙哂休^高的相對介電常數(shù)或擊穿電壓。本文選取具有優(yōu)良物理化學(xué)性能和高耐壓性的聚偏氟乙烯(PVDF)為主要研究對象,用刮涂成膜法制備出樣品膜,測試薄膜的介電性和耐壓特性,然后對樣品膜進(jìn)行微觀分析表征,表征方法包括:掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外光譜(FT-IR)和掃描差示量熱法(DSC)。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)通過控制不同的熱處理時(shí)間和溫度制備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相的介電性能和耐壓性能。微觀分析結(jié)果表明β相在高溫退火工藝下可以轉(zhuǎn)化成α相。介電特性分析結(jié)果表明自由電容與損耗都具有頻率依賴性,自由電容隨頻率的升高而降低,損耗隨頻率的升高而增加;α相的相對介電常數(shù)最高,這歸因于α相薄膜內(nèi)部極化更完整。耐壓性能測試結(jié)果表明γ相的耐擊穿性能比其他晶型要高,通過降低材料的結(jié)晶度,可以有效的提高薄膜的耐電壓擊穿性能。(2)為提高薄膜的耐電壓特性,在PVDF中加入寬溫范圍內(nèi)具有高擊穿電壓的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。聚甲基丙烯酸甲酯的楊氏模量高,可改善材料的機(jī)械性能。另外,聚甲基丙烯酸甲酯與聚偏氟乙烯之間能形成氫鍵,增加了二者的相容性,微觀上不會(huì)出現(xiàn)相分離現(xiàn)象。研究結(jié)果表明,聚甲基丙烯酸甲酯的摻入量對復(fù)合膜的晶相、介電及耐壓特性有明顯影響。當(dāng)PMMA的摻入量在5%以內(nèi)時(shí),聚偏氟乙烯的結(jié)晶度降低并使得薄膜的相對介電常數(shù)略有下降,但擊穿電壓明顯提升,最高達(dá)153V/μm,此時(shí)薄膜電容器的儲(chǔ)能密度可達(dá)0.7J/cc。
【關(guān)鍵詞】：薄膜電容器 聚偏氟乙烯 介電性能 耐擊穿性 儲(chǔ)能密度
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM53
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究背景11
• 1.2 電容器概述11-12
• 1.3 高儲(chǔ)能密度電容器的應(yīng)用12-13
• 1.4 PVDF基復(fù)合材料的研究進(jìn)展13-15
• 1.5 本論文研究意義和研究內(nèi)容15-16
• 1.6 論文結(jié)構(gòu)體系16-17
• 第二章 電介質(zhì)材料的擊穿理論和測試表征方法17-30
• 2.1 介質(zhì)材料的儲(chǔ)能機(jī)理17-19
• 2.2 固體擊穿理論概述19-25
• 2.2.1 熱擊穿19-20
• 2.2.2 電擊穿20-21
• 2.2.3 局部放電擊穿21-24
• 2.2.4 聚合物的特殊擊穿24-25
• 2.3 聚偏氟乙烯的介紹25-26
• 2.4 薄膜制備方法26-27
• 2.5 樣品膜性能測試和表征方法27-30
• 2.5.1 性能測試27
• 2.5.1.1 介電性能測試27
• 2.5.1.2 耐壓性能測試27
• 2.5.2 表征方法27-30
• 2.5.2.1 掃描電子顯微鏡27-28
• 2.5.2.2 X射線衍射28
• 2.5.2.3 傅里葉紅外光譜圖28
• 2.5.2.4 差示掃描量熱法28-30
• 第三章 不同晶型聚偏氟乙烯薄膜的制備及其介電擊穿特性研究30-51
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料及測試儀器30-31
• 3.2 PVDF薄膜電容器制備過程31-32
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備31
• 3.2.2 配制PVDF溶液31
• 3.2.3 制備薄膜31-32
• 3.2.4 膜退火處理32
• 3.3 蒸鍍電極32-33
• 3.4 b 晶型和a 晶型PVDF薄膜的制備33-43
• 3.4.1 性能測試34-37
• 3.4.1.1 介電性能測試34-37
• 3.4.1.2 耐壓性能測試37
• 3.4.2 薄膜表征37-43
• 3.4.2.1 掃描電子顯微鏡37-40
• 3.4.2.2 X射線衍射40-41
• 3.4.2.3 傅里葉紅外吸收圖41-42
• 3.4.2.4 差示掃描量熱法42-43
• 3.5 c 晶型PVDF薄膜的制備43-50
• 3.5.1 性能測試44-46
• 3.5.1.1 介電性能測試44-45
• 3.5.1.2 耐壓性能測試45-46
• 3.5.2 薄膜表征46-50
• 3.5.2.1 掃描電子顯微鏡46-47
• 3.5.2.2 X射線衍射47-48
• 3.5.2.3 傅里葉紅外吸收圖48-49
• 3.5.2.4 掃描差示量熱法49-50
• 3.6 本章小結(jié)50-51
• 第四章 PVDF/PMMA復(fù)合薄膜的制備及其介電擊穿特性研究51-60
• 4.1 PVDF/PMMA復(fù)合薄膜的制備51-52
• 4.2 性能測試52-55
• 4.2.1 介電性能測試52-54
• 4.2.2 耐壓性能測試54-55
• 4.3 薄膜表征55-58
• 4.3.1 掃描電子顯微鏡55-56
• 4.3.2 X射線衍射56-57
• 4.3.3 傅里葉紅外吸收圖譜57-58
• 4.3.4 差示掃描量熱法58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 第五章 全文工作總結(jié)和展望60-62
• 5.1 工作總結(jié)60
• 5.2 展望60-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果68-69

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本文編號(hào)：825118