本文關(guān)鍵詞：金屬負(fù)載多孔鈦酸鋇的制備及其在復(fù)合材料中的應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 多孔鈦酸鋇 BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料 Ni 電性能 儲(chǔ)能密度

【摘要】：本文從制備多孔鈦酸鋇(BaTiO_3)粉體出發(fā),在其上負(fù)載納米Ni顆粒并經(jīng)表面改性后,采用溶液澆鑄法制備成BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料,系統(tǒng)研究了添加改性BaTiO_3和納米Ni對(duì)復(fù)合材料電性能的影響。利用先進(jìn)測(cè)量手段對(duì)多孔BaTiO_3粉體和BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料進(jìn)行形貌表征、相態(tài)分析以及介電性能測(cè)試,獲得了提高BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料儲(chǔ)能密度的較優(yōu)材料組成,并探討了提高復(fù)合材料電性能的機(jī)理。采用溶膠-凝膠法,以P123為模板劑,在100 nm實(shí)心BaTiO_3表面形成多孑LBaTiO_3層。研究了P123用量和反應(yīng)溶液pH對(duì)多孔BaTiO_3顆粒形貌的影響,當(dāng)P123濃度為11-14 wt%和pH為3-3.5時(shí),制備出粒徑約為120 nm且孔徑約為5-30 nm的多孔BaTiO_3顆粒,采用多次浸漬還原法在多孔BaTiO_3表面負(fù)載了小于10 nm的Ni顆粒,研究了Ni負(fù)載量對(duì)Ni@BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料擊穿場(chǎng)強(qiáng)的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)固定BaTiO_3的含量為3 vo1%時(shí),復(fù)合材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨Ni負(fù)載量的增加先增大后減小,Ni/BaTiO_3為8 vo1%時(shí),復(fù)合材料擊穿場(chǎng)強(qiáng)最高達(dá)到273kV/mm,其原因在于材料中的Ni顆粒庫侖島的庫侖阻塞效應(yīng)。采用溶液共混法,分別使用NDZ-311-H_2O_2和PVP-k30對(duì)Ni@BaTiO_3進(jìn)行表面改性,測(cè)試了NDZ-H_2O_2-Ni@BaTiO_3/PVDF (Ⅰ)和PVP-Ni@BaTiO_3/PVDF (Ⅱ)兩種復(fù)合材料的介電常數(shù)和擊穿場(chǎng)強(qiáng)并計(jì)算了儲(chǔ)能密度。結(jié)果表明,隨Ni@BaTiO_3含量的增加,兩種材料的介電常數(shù)均逐漸增大,而擊穿場(chǎng)強(qiáng)先增加后減��；當(dāng)Ni@BaTiO_3含量同為10 vo1%時(shí),介電常數(shù)分別達(dá)到22.1和21且介電損耗較低,當(dāng)Ni@BaTiO_3含量同為3 vo1%時(shí),兩種材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)分別達(dá)到最大值為335 kV/mm和321 kV/mm。對(duì)于復(fù)合材料I,Ni@BaTiO_3含量為4 vo1%的儲(chǔ)能密度達(dá)到最大值為6.49 J/cm3,表明NDZ-311-H_2O_2的改性效果更好,與PVDF的基團(tuán)鍵合作用更強(qiáng)；另外儲(chǔ)能密度提高的原因在于復(fù)合材料中Ni引發(fā)的相界面極化的增大及改性后使得無機(jī)相和有機(jī)相界面能夠更好的相互容納。在高儲(chǔ)能密度組成時(shí)復(fù)合材料I的基礎(chǔ)上,研究引入單一相20 nmNi顆粒的含量對(duì)Ni/(NDZ-H_2O_2-Ni@BaTiO_3)/PVDF復(fù)合材料電性能的影響,發(fā)現(xiàn)隨單相Ni含量增加,復(fù)合材料的介電常數(shù)逐漸增加且介電損耗較小,擊穿場(chǎng)強(qiáng)先增大后減小。當(dāng)添加0.1 vo1%單相Ni時(shí),復(fù)合材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)最大值為426kV/mm,儲(chǔ)能密度達(dá)到11.41J/cm3,分別比復(fù)合材料I高27.2%和75.8%,其作用機(jī)理在于外加電場(chǎng)作用下單相Ni在自身極化的同時(shí)吸引周邊Ni@BaTiO_3和PVDF中的電荷,起到均化材料中電荷的作用,納米Ni顆粒的加入還促進(jìn)了PVDF的α相向高介電β和γ相的轉(zhuǎn)變。
【關(guān)鍵詞】：多孔鈦酸鋇 BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料 Ni 電性能 儲(chǔ)能密度
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ132.35;TB33
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 文獻(xiàn)綜述14-30
• 1.1 引言14
• 1.2 研究背景及意義14-17
• 1.3 BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料簡(jiǎn)介17-22
• 1.3.1 BaTiO_3結(jié)構(gòu)與性能17-18
• 1.3.2 PVDF結(jié)構(gòu)與性能18-20
• 1.3.3 BaTiO_3/PVDF性能20-21
• 1.3.4 BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料制備21-22
• 1.4 多孔材料制備及負(fù)載改性22-28
• 1.4.1 多孔材料制備22-26
• 1.4.2 多孔材料負(fù)載導(dǎo)體及改性處理26-28
• 1.5 本論文研究目的和意義28-30
• 第二章 研究?jī)?nèi)容與實(shí)驗(yàn)方案30-38
• 2.1 引言30
• 2.2 研究目標(biāo)及內(nèi)容30
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方案30-35
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)中所用材料與主要設(shè)備30-31
• 2.3.2 多孔BaTiO_3顆粒制備過程31-32
• 2.3.3 Ni@BaTiO_3顆粒制備過程32-34
• 2.3.4 BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料制備過程34
• 2.3.5 粉體與材料表征34-35
• 2.4 難點(diǎn)分析及解決方案35-38
• 2.4.1 研究難點(diǎn)35
• 2.4.2 解決方案35-38
• 第三章 多孔BaTiO_3和Ni@BaTiO_3制備研究38-50
• 3.1 引言38
• 3.2 多孔BaTiO_3制備條件優(yōu)化38-43
• 3.2.1 pH影響38-39
• 3.2.2 P123濃度影響39-43
• 3.3 Ni@BaTiO_3制備條件優(yōu)化43-45
• 3.3.1 Ni/多孔BaTiO_3體積比影響43
• 3.3.2 Ni@BaTiO_3顆粒的表征43-45
• 3.4 Ni@BaTiO_3的改性45-47
• 3.4.1 N-h改性劑影響45-47
• 3.4.2 PVP改性劑影響47
• 3.5 本章小結(jié)47-50
• 第四章 BaTiO_3/PVDF復(fù)合材料性能研究50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 四種復(fù)合材料的電性能影響研究50-55
• 4.2.1 四種復(fù)合材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)50-51
• 4.2.2 四種復(fù)合材料的介電常數(shù)51-54
• 4.2.3 最佳復(fù)合材料的儲(chǔ)能密度54-55
• 4.3 添加單相Ni對(duì)復(fù)合材料的電性能影響研究55-56
• 4.3.1 擊穿場(chǎng)強(qiáng)55
• 4.3.2 介電常數(shù)55-56
• 4.3.3 儲(chǔ)能密度56
• 4.4 復(fù)合材料電性能提高的機(jī)理探究56-60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第五章 結(jié)論62-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 致謝70-72
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文72-74
• 作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介74-75
• 附件75-76

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：631707