방법 논문

폴리머 기반 나노 복합체의 유전체 특성을 개선하기 위한 커플링 에이전트 적용

DOI:

10.3791/60916

⸱

2020년 9월 19일

 ,  ,  ,  ,  , 
1Taiyuan University of Science and Technology, 2Heavy Machinery Engineering Research Center of the Ministry of Education, 3Laboratory of Magnetic and Electric Functional Materials and Applications, The Key Laboratory of Shanxi Province, 4Beijing Institute of Aerospace System Engineering, 5Department of Electrical and Information Engineering, Sichuan College of Architectural Technology

이 논문에서

요약

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여기서, 당사는 표면 변형BaTiO3 필러를 사용하여 폴리머 기반 나노복합체의 필러와 매트릭스 사이의 호환성을 개선하기 위한 간단하고 저렴한 솔루션 주조 공정을 시연하여 복합재료의 에너지 밀도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.

초록

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이 작품에서는, 용액 주조를 통해 BaTiO 3-P(VDF-CTFE) 나노복합재의 제조 과정에서 결합제로 3-aminopropyltriethoxysilane(KH550)을 첨가함으로써3세라믹 필러와 폴리머 매트릭스 간의 호환성을 개선하기 위해 간단하고 저렴한 비용 및 널리 적용 가능한 방법이 개발되었다. 결과는 KH550의 사용이 세라믹 나노 필러의 표면을 수정할 수 있음을 보여줍니다; 따라서 세라믹-폴리머 인터페이스에 대한 양호한 웨트성을 달성하였으며, 향상된 에너지 저장 성능은 적당한 양의 커플링 제에 의해 얻어졌다. 이 방법은 고성능 필름 커패시터의 제작에 매우 바람직한 유연한 복합재를 준비하는 데 사용할 수 있습니다. 이 과정에서 과도한 양의 커플링제를 사용하는 경우, 부속이 없는 커플링 제는 복잡한 반응에 참여할 수 있으며, 이는 유전체 상수의 감소와 유전체 손실의 증가로 이어집니다.

서론

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전기 에너지 저장 장치에 적용되는 유전체는 주로 유전체 상수(θr)및 고장강도(Eb)1,2,23의두 가지 중요한파라미터를사용하는 것이 특징입니다. 일반적으로 폴리프로필렌(PP)과 같은 유기물질은 높은 Eb(~102MV/m)와b 낮은 θr(대부분 &5)2 4,,5,,6동안 무기재료, 특히 BaTiO3과같은 페로전을 나타내며, 높은 θr(10 3-104)및 낮은 Eb(10~0MV/ m) 및 낮은 Eb(1000MV/ mV/ m) 및 낮은 Eb(1000MV/b mV/ m),및,

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프로토콜

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1. BT 필러의 표면 수정

  1. KH550 용액 20mL(95wt% 에탄올-물 용매에 1wt% KH550)를 준비하고 15분 동안 초음파처리합니다.
  2. BT 나노 입자 (즉, 필러) 및 KH550의 무게, 필러는 결합 제의 1, 2, 3, 4, 5 wt %로 코팅 될 수 있도록. 1.057, 2.114, 3.171, 4.228 및 KH550 용액5.285 mL에서 BT 나노 입자 1 g을 30 분 초음파로 처리합니다.
  3. 혼합물로부터 물에 탄올 용매를 5시간 동안 80°C에서 증발한 다음 진공 오븐에서 12시간 동안 120°C로 증발한다.
  4. BT-VC91 나노 복합체를 준비하기 위해 표면 변형 필러로 건조 BT 나노 입자를 사용합니다.

2. BT-VC91 나노 복합체 의 준비

  1. 동질 VC91-DMF 용액을 얻기 위해 8 시간 동안 자기 교반에 의해 실온에서 N, N-디메틸포르마미드 (DMF)의 10 mL에 VC91 분말의 0.3 g를 용해.
  2. 0.0542, 0.1145, 0.1819, 0.2578, 0.3437 g의 BT 나노입자를 VC91-DMF 용액의 10mL에 첨가하여 나노복합체의 5, 10, 15, 20, 25, 30%의 최종 BT 비....

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결과

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필러의 다른 내용이 있는 독립형 나노 복합 필름은 프로토콜에 설명된 대로 성공적으로 제작되었으며 x는 복합재에서 BT의 부피 백분율인 xBT-VC91로 표시되었습니다. 이러한 BT-VC91 필름의 형태 및 미세 구조에 대한 KH550(커플링 에이전트)의 효과는 SEM에 의해 연구되고 도 1에나타났다. 1 및 5 wt% 커플링 제를 가진 30BT-VC91 나노 복합체의 SEM 이미지는 도 1a 및 도 1b에도시된다. 1 wt% KH550을 가진 BT-VC91 나노 복합체의 필러 분포는 5 wt% KH550을 가진 BT-VC91 나노 복합체의 것보다 훨씬 조밀하고 균일하며, 적당한 양의 커플링 제로 처리된 세라믹 나노 입자가 주조 중에 나노 복합체에 균일하게 분배될 수 있음을 시사하며, 과도한 양의 결합제는 나노 입자간의 제조및 세라믹 상호 작용을 유발할 수 있다. 30BT.......

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토론

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위에서 설명한 바와 같이, 이 작업에서 개발한 방법은 세라믹 폴리머 나노복합체의 에너지 저장 성능을 성공적으로 향상시킬 수 있다. 이러한 방법의 효과를 최적화하려면 세라믹 표면 수정에 사용되는 커플링 제의 양을 제어하는 것이 중요합니다. 직경 ~200nm의 세라믹 나노입자의 경우, KH550의 2wt%가 최대 에너지 밀도로 이어질 수 있다고 실험적으로 판단하였다. 다른 복합 시스템의 경우, 이러한 결론은 직경이 있는 필러가 ~200 nm에 가까울 때 대략 사용될 수 있다. 직경이 200nm보다 훨씬 큰 필러를 사용하는 경우, 임계 양은 유사한 일련의 실험을 통해 다시 결정되어야 합니다.

유전체 나노 복합체의 균일성과 성능을 향상시키려는 다른 작품에 비해, 이 작품에서 개발된 방법은 훨씬 간단하고 비용이 절감된다. 또한, 커플링 제의 적용은 스핀 코팅 및 핫 프레스와 같은 다른 공정과 결합될 수 있다. 세라믹 나노 필러의 표면 변형은 향후 다양한 고급 유전체의 제조에 널리 적용될 .......

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공개 사항

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저자는 공개 할 것이 없습니다.

감사의 글

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이 작품은 타이위안 과학기술과학연구 초기자금(20182028), 산시성 박사창업재단(20192006), 산시성 자연과학재단(201703D111003), 산시성 과학기술전공프로젝트(MC2016-016-01), U프로젝트166에 의해 지원되었다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
3-Aminopropyltriethoxysilane (KH550)Sigma-Aldrich440140액체, 분석 : 99 %
95 중량 % 에탄올 - 물Sigma-Aldrich459836액체, 분석 : 99.5 %
BaTiO 3< / sub> 나노 입자미국 연구 나노 물질US3830직경 약 200nm
강유전체 테스터RadiantPrecision-LC100
유리 기판Citoglas1639775 x 25 mm
골드 코팅기PelcoSC-6
고전압 공급 업체Trek610D10 kV
임피던스 분석기Keysight4294A
N, N 디메틸 포름 아미드Fisher ScientificGEN002007Liquid
P (VDF-CTFE) 91/9 mol.% 공중 합체
주사 전자 현미경(SEM)JEOLJSM-7000F
진공 오븐Heefei Kejing Materials Technology Co, LtdDZF-6020

참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Lines, M. E., Glass, A. M. Principles and applications of ferroelectrics and related materials. , Oxford University Press. (2001).
  2. Nalwa, H. S. Handbook of low and high dielectric permittivity materials and their applications, phenomena, properties and application....

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PVDF CTFE

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