Name: Zastosowanie czynnika sprzęgającego w celu poprawy właściwości dielektrycznych nanokompozytów na bazie polimerów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-09-19T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 34 s
Description: Poznaj metodę modyfikacji powierzchni nanocząstek BaTiO3 za pomocą czynnika sprzęgającego KH550 w celu poprawy właściwości dielektrycznych nanokompozytów polimerowych. Ta technika zwiększa gęstość energii i nadaje się do produkcji elastycznych kondensatorów.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Początkowe Finansowanie Badań Naukowych Uniwersytetu Nauki i Technologii w Taiyuan (20182028), fundację doktorancką prowincji Shanxi (20192006), Fundację Nauk Przyrodniczych prowincji Shanxi (201703D111003), Główny Projekt Nauki i Technologii Prowincji Shanxi (MC2016-01) oraz Projekt U610256 wspierany przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin.

1. Modyfikacja powierzchni wypełniaczy BT
<ol>
	<li>Przygotować 20 ml roztworu KH550 (1% wag. KH550 w 95% wag. rozpuszczalnika etanolowo-wodnego) i ultrasonizować przez 15 minut.</li>
	<li>Zważyć nanocząstki BT (tj. wypełniacz) i KH550, odpowiednio, tak aby wypełniacze mogły być pokryte 1, 2, 3, 4, 5% wag. środka sprzęgającego. Potraktuj 1 g nanocząstek BT w 1.057, 2.114, 3.171, 4.228 i 5.285 ml roztworu KH550 przez 30 minut ultradźwięków.</li>
	<li>Odparować rozpuszczalnik woda-etanol z mieszaniny w temperaturze 80 °C przez 5 godzin, a następnie w temperaturze 120 °C przez 12 godzin w piecu próżniowym.</li>
	<li>Użyj suchych nanocząstek BT jako wypełniaczy o zmodyfikowanej powierzchni do przygotowania nanokompozytów BT-VC91.</li>
</ol>
2. Przygotowanie nanokompozytów BT-VC91
<ol>
	<li>Rozpuścić 0,3 g proszków VC91 w 10 ml N,N-dimetyloformamidu (DMF) w temperaturze pokojowej przez mieszanie magnetyczne przez 8 godzin, aby uzyskać jednorodny roztwór VC91-DMF.</li>
	<li>Dodaj 0,0542, 0,1145, 0,1819, 0,2578, 0,3437 i 0,4419 g nanocząstek BT do 10 ml roztworu VC91-DMF, aby uzyskać końcowy procent BT wynoszący 5, 10, 15, 20, 25 i 30 obj. w nanokompozytach. Mieszaj nanocząstki BT przez mieszanie magnetyczne przez 12 godzin i ultradźwięki przez 30 minut, aby utworzyć jednorodną zawiesinę BT-VC91-DMF. 
	UWAGA: Stosowane są zarówno niemodyfikowane nanocząstki BT, jak i BT pokryte czynnikiem sprzęgającym.</li>
	<li>Odlewać zawiesinę, równomiernie wylewając BT-VC91-DMF na podgrzane szklane podłoże o wymiarach 75 mm x 25 mm (3 ml na podłoże). Szklane podłoża z zawiesinami należy przechowywać w piecu w temperaturze 70 °C przez 8 godzin, aby odparować rozpuszczalnik DMF w celu utworzenia warstw kompozytowych.</li>
	<li>Uwolnij kompozyty od szklanych podłoży za pomocą ostrej pęsety, aby uzyskać wolnostojące folie BT-VC91. Wyżarzać folie na podgrzanym papierze bezpyłowym w temperaturze 160 °C na powietrzu przez 12 godzin.</li>
</ol>
3. Charakterystyka i pomiar
<ol>
	<li>Scharakteryzuj morfologię i jednorodność nanokompozytów za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). W tym celu należy zamrozić próbki BT-VC91 w ciekłym azocie i rozbić, aby pokazać świeży przekrój o przybliżonej wielkości 5 mm x 30 μm (tj. granicy faz ceramiczno-polimerowych). Następnie pokryć jedną stronę przekroju poprzecznego warstwą złota o grubości 3−5 nm i scharakteryzować strukturę kompozytu za pomocą SEM (Tabela Materiałów).</li>
	<li>Za pomocą powlekarki do złota (Tabela Materiałów) napylaj warstwy złota o dodatnim kształcie koła, średnicy 3 mm i grubości ~50 nm po obu stronach nanokompozytu przygotowanego z kroku 2 w celu uformowania elektrody do badania impedancji.</li>
	<li>Scharakteryzować pojemność i straty dielektryczne nanokompozytów w zakresie częstotliwości od 100 Hz do 1 MHz za pomocą analizatora impedancji (tabela materiałów) z funkcją Cp-D. Podczas testów połącz warstwy złota po obu stronach folii kompozytowej z dwoma biegunami mocowania.</li>
	<li>Obliczyć stałą dielektryczną (εr) nanokompozytów na podstawie pojemności uzyskanej przez analizator impedancji przy użyciu modelu kondensatora równoległego: 
	 
	εr = dCp/ε0A 
	 
	gdzie ε0 = 8,85 x 10-12, A to powierzchnia złotych elektrod, d to grubość próbki, a Cp to pojemność równoległa uzyskana przez połączenie złotych elektrod z osprzętem analizatora impedancji.</li>
	<li>Scharakteryzować wytrzymałość nanokompozytów na przebicie przy użyciu zasilacza wysokiego napięcia 10 kV (Tabela materiałów). Zwiększać przyłożone pole elektryczne równomiernie i w sposób ciągły, aż do rozpadu każdej próbki.</li>
	<li>Scharakteryzuj pętlę histerezy pola polaryzaccyjno-elektrycznego (P-E) nanokompozytów za pomocą testera ferroelektrycznego. Rejestruj pętle PE przy każdym polu elektrycznym, stale zwiększając pole elektryczne.</li>
</ol>

<ol><li>Lines, M. E., Glass, A. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLines%2C+ME+%22Principles+and+applications+of+ferroelectrics+and+related+materials%22">Principles and applications of ferroelectrics and related materials</a>. , Oxford University Press. (2001).</li>
<li>Nalwa, H. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNalwa%2C+HS+%22Handbook+of+low+and+high+dielectric+permittivity+materials+and+their+applications%2C+phenomena%2C+properties+and+applications%22">Handbook of low and high dielectric permittivity materials and their applications, phenomena, properties and applications</a>. , Academic. San Diego, CA. (1999).</li>
<li>Kao, K. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKao%2C+KC+%22Dielectric+phenomena+in+solids%22">Dielectric phenomena in solids</a>. , Academic Press. (2004).</li>
<li>Tong, Y., Li, L., Liu, J., Zhang, K., Jiang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+coupling+agent+on+the+microstructure+and+dielectric+properties+of+free-standing+ceramic-polymer+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Research+Express%22%5BJournal%5D)">Influence of coupling agent on the microstructure and dielectric properties of free-standing ceramic-polymer composites.</a> Materials Research Express. 6 (9), 095322(2019).</li>
<li>Zhang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+functionalization+of+poly%284-methyl-1-pentene%29+films+for+high+energy+storage+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Controlled functionalization of poly(4-methyl-1-pentene) films for high energy storage applications.</a> Journal of Materials Chemistry A. 4 (13), 4797-4807 (2016).</li>
<li>Zhang, L., Cheng, Z. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+polymer-based+0-3+composites+with+high+dielectric+constant%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Advanced+Dielectrics%22%5BJournal%5D)">Development of polymer-based 0-3 composites with high dielectric constant.</a> Journal of Advanced Dielectrics. 1 (04), 389-406 (2011).</li>
<li>Barsoum, M., Barsoum, M. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBarsoum%2C+M+%22Fundamentals+of+ceramics%22">Fundamentals of ceramics</a>. , CRC press. (2002).</li>
<li>Jaffe, B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJaffe%2C+B+%22Piezoelectric+ceramics%22">Piezoelectric ceramics</a>. , Elsevier. (2012).</li>
<li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((All-organic+dielectric+nanocomposites+using+conducting+polypyrrole+nanoclips+as+filler%5BTitle%5D)+AND+%22Composites+Science+Technology%22%5BJournal%5D)">All-organic dielectric nanocomposites using conducting polypyrrole nanoclips as filler.</a> Composites Science Technology. 167, 285-293 (2018).</li>
<li>Liao, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+hdC-G+reinforced+polyimide+composites+with+high+dielectric+permittivity%5BTitle%5D)+AND+%22Composites+Part+A%3A+Applied+Science+and+Manufacturing%22%5BJournal%5D)">Flexible hdC-G reinforced polyimide composites with high dielectric permittivity.</a> Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 101, 50-58 (2017).</li>
<li>Xu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+foldable+PANi%40+CNTs%2FPU+dielectric+composites+toward+thin-film+capacitor+application%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Letters%22%5BJournal%5D)">Highly foldable PANi@ CNTs/PU dielectric composites toward thin-film capacitor application.</a> Materials Letters. 192, 25-28 (2017).</li>
<li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nano-clip+based+composites+with+a+low+percolation+threshold+and+high+dielectric+constant%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Energy%22%5BJournal%5D)">Nano-clip based composites with a low percolation threshold and high dielectric constant.</a> Nano Energy. 26, 550-557 (2016).</li>
<li>Zhou, S., Zhou, G., Jiang, S., Fan, P., Hou, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+and+refractory+tantalum+carbide-carbon+electrospun+nanofibers+with+high+modulus+and+electric+conductivity%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Letters%22%5BJournal%5D)">Flexible and refractory tantalum carbide-carbon electrospun nanofibers with high modulus and electric conductivity.</a> Materials Letters. 200, 97-100 (2017).</li>
<li>Zhang, L., Du, W., Nautiyal, A., Liu, Z., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+progress+on+nanostructured+conducting+polymers+and+composites%3A+synthesis%2C+application+and+future+aspects%5BTitle%5D)+AND+%22Science+China+Materials%22%5BJournal%5D)">Recent progress on nanostructured conducting polymers and composites: synthesis, application and future aspects.</a> Science China Materials. 61 (3), 303-352 (2018).</li>
<li>Xie, Y., Yu, Y., Feng, Y., Jiang, W., Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Stretchable+Nanocomposites+with+High+Energy+Density+and+Low+Loss+from+Cross-Linked+PVDF+Filled+with+Poly%28dopamine%29+Encapsulated+BaTiO3%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Stretchable Nanocomposites with High Energy Density and Low Loss from Cross-Linked PVDF Filled with Poly(dopamine) Encapsulated BaTiO3.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (3), 2995-3005 (2017).</li>
<li>Zhang, L., Wu, P., Li, Y., Cheng, Z. Y., Brewer, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+process+and+dielectric+properties+of+Ba0.5Sr0.5TiO3-P%28VDF-CTFE%29+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Composite+Part+B%3A+Engineering%22%5BJournal%5D)">Preparation process and dielectric properties of Ba0.5Sr0.5TiO3-P(VDF-CTFE) nanocomposites.</a> Composite Part B: Engineering. 56, 284-289 (2014).</li>
<li>Dang, Z. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fundamentals%2C+processes+and+applications+of+high-permittivity+polymer-matrix+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">Fundamentals, processes and applications of high-permittivity polymer-matrix composites.</a> Progress in Materials Science. 57 (4), 660-723 (2012).</li>
<li>Wu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+coupling+agents+on+the+dielectric+properties+and+energy+storage+of+Ba0.5Sr0.5TiO3%2FP%28VDF-CTFE%29+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22AIP+Advances%22%5BJournal%5D)">Effect of coupling agents on the dielectric properties and energy storage of Ba0.5Sr0.5TiO3/P(VDF-CTFE) nanocomposites.</a> AIP Advances. 7 (7), 075210(2017).</li>
<li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Process+and+microstructure+to+achieve+ultra-high+dielectric+constant+in+ceramic-polymer+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Process and microstructure to achieve ultra-high dielectric constant in ceramic-polymer composites.</a> Scientific Reports. 6, 35763(2016).</li>
<li>Lu, X., Tong, Y., Cheng, Z. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+characterization+of+free-standing%2C+flexible+and+translucent+BaTiO3-P+%28VDF-CTFE%29+nanocomposite+films%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Alloys+and+Compounds%22%5BJournal%5D)">Fabrication and characterization of free-standing, flexible and translucent BaTiO3-P (VDF-CTFE) nanocomposite films.</a> Journal of Alloys and Compounds. 770, 327-334 (2019).</li>
<li>Goyal, R. K., Katkade, S. S., Mule, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectric%2C+mechanical+and+thermal+properties+of+polymer%2FBaTiO3+composites+for+embedded+capacitor%5BTitle%5D)+AND+%22Composites+Part+B%3A+Engineering%22%5BJournal%5D)">Dielectric, mechanical and thermal properties of polymer/BaTiO3 composites for embedded capacitor.</a> Composites Part B: Engineering. 44 (1), 128-132 (2013).</li>
<li>Pan, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+discharge+and+highenergy+density+of+nanocomposite+capacitors+using+Ba0.6Sr0.4TiO3nanofibers%5BTitle%5D)+AND+%22Ceramics+International%22%5BJournal%5D)">Fast discharge and highenergy density of nanocomposite capacitors using Ba0.6Sr0.4TiO3nanofibers.</a> Ceramics International. 42 (13), 14667-14674 (2016).</li>
<li>Hu, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+and+dielectric+properties+of+poly%28vinylidene+fluoride%29%2FBa0.6Sr0.4TiO3+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Alloys+and+Compounds%22%5BJournal%5D)">Preparation and dielectric properties of poly(vinylidene fluoride)/Ba0.6Sr0.4TiO3 composites.</a> Journal of Alloys and Compounds. 619, 686-692 (2015).</li>
<li>Chen, Y., Chan, H. L. W., Choy, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanocrystalline+lead+titanate+and+lead+titanate%2Fvinylidene+fluoride-trifluoroethylene+0-3+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Ceramic+Society%22%5BJournal%5D)">Nanocrystalline lead titanate and lead titanate/vinylidene fluoride-trifluoroethylene 0-3 nanocomposites.</a> Journal of the American Ceramic Society. 81 (5), 1231-1236 (1998).</li>
<li>Singh, P., Borkar, H., Singh, B. P., Singh, V. N., Kumar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ferroelectric+polymer-ceramic+composite+thick+films+for+energy+storage+applications%5BTitle%5D)+AND+%22AIP+advances%22%5BJournal%5D)">Ferroelectric polymer-ceramic composite thick films for energy storage applications.</a> AIP advances. 4 (8), 087117(2014).</li>
<li>Dang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fundamentals%2C+processes+and+applications+of+high-permittivity+polymer-matrix+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">Fundamentals, processes and applications of high-permittivity polymer-matrix composites.</a> Progress in Materials Science. 57 (4), 660-723 (2012).</li>
<li>Arbatti, M., Shan, X. B., Cheng, Z. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ceramic-Polymer+Composites+with+High+Dielectric+Constant%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Ceramic-Polymer Composites with High Dielectric Constant.</a> Advanced Materials. 19 (10), 1369-1372 (2007).</li>
<li>Fan, B., Liu, Y., He, D., Bai, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Achieving+polydimethylsiloxane%2Fcarbon+nanotube+%28PDMS%2FCNT%29+composites+with+extremely+low+dielectric+loss+and+adjustable+dielectric+constant+by+sandwich+structure%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Achieving polydimethylsiloxane/carbon nanotube (PDMS/CNT) composites with extremely low dielectric loss and adjustable dielectric constant by sandwich structure.</a> Applied Physics Letters. 112 (5), 052902(2018).</li>
<li>Liao, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+surface-modified+TiO2+nanorod+array%2FP%28VDF-HFP%29+dielectric+capacitor+with+ultra-high+energy+density+and+efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">A surface-modified TiO2 nanorod array/P(VDF-HFP) dielectric capacitor with ultra-high energy density and efficiency.</a> Journal of Materials Chemistry C. 5 (48), 12777-12784 (2017).</li>
<li>Mittal, K. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMittal%2C+KL+%22Silanes+and+Other+Coupling+Agents%22">Silanes and Other Coupling Agents</a>. 3, CRC Press. (2004).</li>
<li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superior+Energy+Storage+Performances+of+Polymer+Nanocomposites+via+Modification+of+Filler%2FPolymer+Interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Superior Energy Storage Performances of Polymer Nanocomposites via Modification of Filler/Polymer Interfaces.</a> Advanced Materials Interfaces. 5 (11), 1800096(2018).</li>
<li>Yeh, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+and+optical+properties+of+PMMA-titania+hybrid+materials+prepared+by+sol-gel+approach+with+HEMA+as+coupling+agent%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Polymer+Science%22%5BJournal%5D)">Thermal and optical properties of PMMA-titania hybrid materials prepared by sol-gel approach with HEMA as coupling agent.</a> Journal of Applied Polymer Science. 94 (1), 400-405 (2004).</li>
<li>Yang, C., Song, H. S., Liu, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+coupling+agents+on+the+dielectric+properties+of+CaCu3Ti4O12%2FPVDF+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Composites+Part+B%3A+Engineering%22%5BJournal%5D)">Effect of coupling agents on the dielectric properties of CaCu3Ti4O12/PVDF composites.</a> Composites Part B: Engineering. 50, 180-186 (2013).</li>
<li>Iijima, M., Sato, N., Lenggoro, I. W., Kamiya, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+Modification+of+BaTiO3+Particles+by+Silane+Coupling+Agents+in+Different+Solvents+and+Their+Effect+on+Dielectric+Properties+of+BaTiO3%2FEpoxy+Composites%5BTitle%5D)+AND+%22Colloids+and+Surfaces+A%3A+Physicochemical+and+Engineering+Aspects%22%5BJournal%5D)">Surface Modification of BaTiO3 Particles by Silane Coupling Agents in Different Solvents and Their Effect on Dielectric Properties of BaTiO3/Epoxy Composites.</a> Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 352 (1-3), 88-93 (2009).</li>
<li>Zhang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+Dielectric+Tunability+of+Ba0.6Sr0.4TiO3%2FPoly%28vinylidene+fluoride%29+Composites+via+Interface+Modification+by+Silane+Coupling%5BTitle%5D)+AND+%22Agent.+Composites+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Enhanced Dielectric Tunability of Ba0.6Sr0.4TiO3/Poly(vinylidene fluoride) Composites via Interface Modification by Silane Coupling.</a> Agent. Composites Science and Technology. 129, 93-100 (2016).</li>
<li>Dang, Z. M., Wang, H. Y., Xu, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+Silane+Coupling+Agent+on+Morphology+and+Dielectric+Property+in+BaTiO3%2FPolyvinylidene+fluoride+Composites%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Influence of Silane Coupling Agent on Morphology and Dielectric Property in BaTiO3/Polyvinylidene fluoride Composites.</a> Applied Physics Letters. 89 (11), 112902(2006).</li>
<li>Tong, Y., Zhang, L., Bass, P., Rolin, T. D., Cheng, Z. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+silane+coupling+agent+on+microstructure+and+properties+of+CCTO-P%28VDF-CTFE%29+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Advanced+Dielectrics%22%5BJournal%5D)">Influence of silane coupling agent on microstructure and properties of CCTO-P(VDF-CTFE) composites.</a> Journal of Advanced Dielectrics. 8 (02), 1850008(2018).</li>
<li>Shan, X. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aShan%2C+X+%22High+dielectric+constant+0-3+ceramic-polymer+composites%22">High dielectric constant 0-3 ceramic-polymer composites</a>. , Auburn University. (2009).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Jak omówiono powyżej, metoda opracowana w ramach tych prac może z powodzeniem poprawić wydajność magazynowania energii w nanokompozytach ceramiczno-polimerowych. Aby zoptymalizować efekt takiej metody, kluczowe jest kontrolowanie ilości środka sprzęgającego stosowanego w modyfikacji powierzchni ceramicznej. W przypadku nanocząstek ceramicznych o średnicy ~200 nm ustalono doświadczalnie, że 2% wag. KH550 może prowadzić do maksymalnej gęstości energii. W przypadku innych systemów kompozytowych wniosek ten można zastosować ...

Dielektryki stosowane w urządzeniach do magazynowania energii elektrycznej charakteryzują się głównie dwoma ważnymi parametrami: stałą dielektryczną (εr) i wytrzymałością na przebicie (Eb)1,2,3. Ogólnie rzecz biorąc, materiały organiczne, takie jak polipropylen (PP), wykazują wysokie Eb (~102 MV/m) i niskie εr (głównie <5)4,5,6, podczas gdy materiały nieorganiczne, zwłaszcza ferroelektryki, takie jak BaTiO3, wykazują wysoką εr (10 3-104) i niską Eb (~100 MV/m)6,7,8. W niektórych zastosowaniach elastyczność i zdolność do wytrzymywania silnych uderzeń mechanicznych są również ważne dla produkcji kondensatorów dielektrycznych4. Dlatego ważne jest opracowanie metod wytwarzania kompozytów dielektrycznych na bazie polimerów, zwłaszcza w celu opracowania niskokosztowych metod tworzenia wysokowydajnych nanokompozytów 0-3 o wysokiej εr i Eb9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. W tym celu powszechnie akceptowane są metody przygotowania oparte na ferroelektrycznych matrycach polimerowych, takich jak polarny polimer PVDF i skorelowane z nim kopolimery, ze względu na ich wyższą εr (~10)4,19,20. W tych nanokompozytach cząstki o wysokiej wartościer, zwłaszcza ceramika ferroelektryczna, są szeroko stosowane jako wypełniacze6,20,21,22,23,24,25.
Podczas opracowywania metod produkcji kompozytów ceramiczno-polimerowych, istnieje ogólna obawa, że na właściwości dielektryczne może znacząco wpływać rozkład wypełniaczy26. O jednorodności kompozytów dielektrycznych decydują nie tylko metody przygotowania, ale także zwilżalność między matrycą a wypełniaczami27. W wielu badaniach udowodniono, że niejednorodność kompozytów ceramiczno-polimerowych może zostać wyeliminowana przez procesy fizyczne, takie jak powlekanie spinowe28,29 i prasowanie na gorąco19,26. Jednak żaden z tych dwóch procesów nie zmienia połączenia powierzchniowego między wypełniaczami a matrycami; w związku z tym kompozyty przygotowane tymi metodami są nadal ograniczone w ulepszaniuε r i Eb19,27. Dodatkowo, z punktu widzenia produkcji, niewygodne procesy są niepożądane w wielu zastosowaniach, ponieważ mogą prowadzić do znacznie bardziej złożonych procesów produkcyjnych28,29. W związku z tym potrzebna jest prosta i skuteczna metoda.
Obecnie, najskuteczniejszą metodą poprawy kompatybilności nanokompozytów ceramiczno-polimerowych jest obróbka nanocząstek ceramicznych, która modyfikuje chemię powierzchni między wypełniaczami a matrycami30,31. Ostatnie badania wykazały, że środki sprzęgające mogą być łatwo powlekane nanocząstkami ceramicznymi i skutecznie modyfikować zwilżalność między wypełniaczami a matrycami bez wpływu na proces odlewania32,33,34,35,36. W przypadku modyfikacji powierzchni powszechnie przyjmuje się, że dla każdego systemu kompozytowego istnieje odpowiednia ilość czynnika sprzęgającego, która odpowiada maksymalnemu wzrostowi gęstości magazynowania energii37; Nadmiar czynnika sprzęgającego w kompozytach może spowodować spadek wydajności produktów36,37,38. W przypadku kompozytów dielektrycznych wykorzystujących nanoziarniste wypełniacze ceramiczne spekuluje się, że skuteczność środka sprzęgającego zależy głównie od powierzchni wypełniaczy. Jednak krytyczna ilość, która ma być użyta w każdym systemie nano, nie została jeszcze określona. Krótko mówiąc, konieczne są dalsze badania w celu wykorzystania środków sprzęgających do opracowania prostych procesów wytwarzania nanokompozytów ceramiczno-polimerowych.
W tej pracy, BaTiO3 (BT), najczęściej badany materiał ferroelektryczny o wysokiej stałej dielektrycznej, został użyty jako wypełniacz, a kopolimer P(VDF-CTFE) 91/9 mol% (VC91) został użyty jako matryca polimerowa do przygotowania kompozytów ceramiczno-polimerowych. Aby zmodyfikować powierzchnię nanowypełniaczy BT, zakupiono dostępny na rynku 3-aminopropylotrietoksysilan (KH550) i zastosowano go jako środek sprzęgający. Krytyczna ilość systemu nanokompozytowego została określona za pomocą serii eksperymentów. Zademonstrowano łatwą, tanią i szeroko stosowaną metodę poprawy gęstości energii nanowymiarowych systemów kompozytowych.

<table><tbody><tr><td>3-Aminopropylotrietoksysilan (KH550)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>440140</td><td>Ciecz, Oznaczenie: 99%</td></tr><tr><td>95% wag. etanol-woda</td><td>Ciecz Sigma-Aldrich</td><td>459836</td><td>, Oznaczenie: 99,5%</td></tr> <tr><td>BaTiO3 nanocząstki</td><td>US Research Nanomaterials</td><td>US3830</td><td>W średnicy około 200 nm</td></tr><tr><td>Tester ferroelektryczny</td><td>Radiant</td><td>Precision-LC100</td><td></td></tr><tr><td>Podłoża szklane</td><td>Citoglas</td><td>16397</td><td>75 x 25 mm</td></tr><tr><td>Powlekarka do złota</td><td>Pelco</td><td>SC-6</td><td></td></tr><tr><td>Zasilacz wysokiego napięcia</td><td>Trek</td><td>610D</td><td>10 kV</td></tr><tr><td>Analizator impedancji</td><td>Keysight</td><td>4294A</td><td></td></tr><tr><td>N, N dimetyloformamid</td><td>Fisher Scientific</td><td>GEN002007</td><td>Płynny</td></tr><tr><td>P(VDF-CTFE) 91/9 mol.% kopolimer</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM)</td><td>JEOL</td><td>JSM-7000F</td><td></td></tr><tr><td>Piec próżniowy</td><td>Heefei Kejing Materials Technology Co, Ltd</td><td>DZF-6020</td><td></td></tr></tbody></table>

zastosowanie czynnika sprzęgającego w celu poprawy właściwości dielektrycznych nanokompozytów na bazie polimerów

Application of a Coupling Agent to Improve the Dielectric Properties of Polymer-Based Nanocomposites

W tej pracy opracowano łatwą, tanią i szeroko stosowaną metodę poprawy kompatybilności między wypełniaczami ceramicznymi a matrycą polimerową poprzez dodanie 3-aminopropylotrietoksysilanu (KH550) jako czynnika sprzęgającego podczas procesu produkcji nanokompozytów BaTiO3-P(vdf-ctfe) poprzez odlewanie roztworu. Wyniki pokazują, że zastosowanie KH550 może modyfikować powierzchnię nanowypełniaczy ceramicznych; W związku z tym uzyskano dobrą zwilżalność na granicy faz ceramiczno-polimerowych, a dzięki odpowiedniej ilości czynnika sprzęgającego uzyskano zwiększoną wydajność magazynowania energii. Metoda ta może być stosowana do otrzymywania elastycznych kompozytów, co jest bardzo pożądane przy produkcji wysokowydajnych kondensatorów foliowych. Jeśli w procesie zostanie użyta nadmierna ilość środka sprzęgającego, nieprzyłączony czynnik sprzęgający może uczestniczyć w złożonych reakcjach, co prowadzi do spadku stałej dielektrycznej i wzrostu strat dielektrycznych.

Samonośne filmy nanokompozytowe o różnej zawartości wypełniaczy zostały z powodzeniem wykonane zgodnie z opisem w protokole i oznaczone jako xBT-VC91, gdzie x oznacza procent objętościowy BT w kompozytach. Wpływ KH550 (środka sprzęgającego) na morfologię i mikrostrukturę tych filmów BT-VC91 zbadano za pomocą SEM, co przedstawiono na Rysunku 1. Obrazy SEM nanokompozytów 30BT-VC91 z 1 i 5 wt% środka sprzęgającego przedstawiono na Rysunku 1a oraz <strong class="xfi...

Tutaj demonstrujemy prosty i tani proces odlewania roztworu, aby poprawić kompatybilność między wypełniaczem a matrycą nanokompozytów na bazie polimerów za pomocą modyfikowanych powierzchniowo wypełniaczy BaTiO3, które mogą skutecznie zwiększyć gęstość energii kompozytów.

Zastosowanie czynnika sprzęgającego w celu poprawy właściwości dielektrycznych nanokompozytów na bazie polimerów

In this work, an easy, low-cost, and widely applicable method was developed to improve the compatibility between the ceramic fillers and the polymer ...

Udowodniono, że zastosowanie komercyjnego środka sprzęgającego może modyfikować powierzchnię nanowypełniaczy ceramicznych, dzięki czemu uzyskano dobrą zwilżalność na granicy faz ceramiczno-polimerowych, a dzięki odpowiedniej ilości środka sprzęgającego uzyskano zwiększoną wydajność magazynowania energii. Metoda opracowana w ramach tych prac może być wykorzystana do otrzymywania elastycznych kompozytów, co jest wysoce pożądane do produkcji wysokowydajnych kondensatorów foliowych. Przygotować roztwór KH550 z 95-procentowym rozpuszczalnikiem wodnym etanolu przez 15 minut ultrasonizacji.Potraktuj nanocząstki BT w roztworach KH550 przez 30 minut ultrasonizacji. W tym procesie zmierz masy wypełniaczy nanocząstek KH550 i BT pokrytych jednym, dwoma, trzema, czterema i pięcioma procentami wagowymi środka sprzęgającego w rozcieńczonym roztworze KH550 o objętości pięciu mililitrów. Odparowywać rozpuszczalnik wodno-etanolowy z matrycy w temperaturze 80 stopni C przez pięć godzin, a następnie do 120 stopni C przez 12 godzin w piecu próżniowym.Suche nanocząstki należy stosować jako wypełniacze modyfikowane powierzchniowo w przygotowaniu nanokompozytów BTVC-91. Po pierwsze, roztwór polimeru na bazie DMF przygotowano przez rozpuszczenie 0,3 grama proszków polimerowych w 10 mililitrach DMF w temperaturze pokojowej przez mieszanie magnetyczne przez osiem godzin. Po drugie, nanocząstki tytanianu baru dodano do roztworu, a następnie mieszano przez 12 godzin w celu uzyskania jednorodnej zawiesiny i poddawano ultradźwiękom przez 30 minut.W procesie przygotowania wykorzystano zarówno niemodyfikowany tytanian baru, jak i tytanian baru pokryty czynnikiem sprzęgającym. Następnie zawieszenie zostało odlane na podgrzanym podłożu klasy w celu wykonania folii. Trzy mililitry zawiesiny zostały upuszczone na każde ze szklanych podłóż.Po piąte, szklane podłoże z zawiesinami trzymano następnie w piecu w temperaturze 70 stopni przez osiem godzin w celu odparowania rozpuszczalnika. Sześć, ostatecznie odlane folie zostały uwolnione ze szklanego podłoża i uzyskane folie wolnostojące wyżarzano w temperaturze 160 stopni C na powietrzu przez 12 godzin. Wolnostojące folie nanokompozytowe zostały pomyślnie wytworzone zgodnie z protokołem.Na podstawie SEM potwierdzono, że nanocząstki ceramiczne potraktowane odpowiednią ilością środka sprzęgającego, który może być równomiernie rozprowadzony w nanokompozytach podczas odlewania; podczas gdy nadmierna ilość środka sprzęgającego może powodować interakcje między nanocząstkami ceramicznymi i prowadzić do agregacji wypełniaczy. W przypadku nanokompozytów o niskiej zawartości wypełniacza stała dielektryczna kompozytów była w zasadzie niezmieniona przy użyciu niewielkiej ilości środka sprzęgającego i nieznacznie spada wraz ze wzrostem ilości środka sprzęgającego. W przypadku nanokompozytów o wysokiej zawartości wypełniacza stała dielektryczna kompozytów wzrasta niekorzystnie przy niewielkiej ilości środka sprzęgającego i gwałtownie spada wraz ze wzrostem ilości czynnika sprzęgającego.Jeśli chodzi o straty dielektryczne, nanokompozyty ze środkiem sprzęgającym mają większe straty dielektryczne niż nanokompozyty bez czynnika sprzęgającego. Maksymalne siły przebicia uzyskano, gdy użyto dwóch procent wagowych czynnika sprzęgającego. Niższą wytrzymałość na przebicie stwierdzono w przypadku nanokompozytów z większą ilością czynnika sprzęgającego.Ze względu na zwiększoną wytrzymałość na przebicie i naszą stosunkowo wysoką wydajność wyładowania, maksymalna gęstość energii nanokompozytów z niewielką ilością czynnika sprzęgającego uległa poprawie. W niniejszej pracy jako wypełniacze zastosowano tytanian baru, najszerzej badany materiał ferroelektryczny o wysokiej stałej dielektrycznej. Kopolimer PVDF-CTFE został wykorzystany jako matryca polimerowa do otrzymywania ceramicznych kompozytów polimerowych.Aby zmodyfikować powierzchnię nanowypełniaczy z tytanianu baru, zakupiono dostępny na rynku KH550 i zastosowano go jako środek sprzęgający. Krytyczna ilość układu nanokompozytowego została określona przez serię eksperymentów. Zademonstrowano łatwą, tanią i szeroko stosowaną metodę poprawy gęstości energii nanowymiarowego systemu kompozytowego.

application-coupling-agent-to-improve-dielectric-properties-polymer

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Niniejszy artykuł opisuje metodę nanoprecypitacji do syntezy nanocząsteczek polimerowych z wykorzystaniem kopolimerów diblokowych. Omówimy syntezę kopolimerów diblokowych, technikę nanoprecypitacji oraz potencjalne zastosowania.

Formułowanie diblokowych nanocząstek polimerowych za pomocą techniki nanoprecypitacji

Przedstawiono protokół syntezy i przygotowania nanocząstek składających się z elektroaktywnych polimerów.

Elektroaktywne nanocząstki polimerowe wykazujące właściwości fototermiczne

Demonstrujemy przygotowanie elastomerów ciekłokrystalicznych (LCE) na bazie siloksanów i epoksydów oraz nanokompozytów LCE. LCE są charakteryzowane pod względem odkształcenia odwracalnego, uporządkowania ciekłokrystalicznego i sztywności. Jako potencjalne zastosowanie demonstrujemy ich zastosowanie jako substratów reagujących na kształt w niestandardowym urządzeniu do aktywnej hodowli komórek.

Otrzymywanie monodomenowych elastomerów ciekłokrystalicznych i nanokompozytów elastomerów ciekłokrystalicznych

Tutaj prezentujemy niezawodną metodę monitorowania inkorporacji nanocząstek do matrycy gospodarza polimeru poprzez enkapsulację pęcznienia. Pokazujemy, że stężenie powierzchniowe kropek kwantowych selenku kadmu można dokładnie zobrazować za pomocą przekrojowego obrazowania fluorescencyjnego.

Zaawansowana analiza składu kompozytów nanocząstkowo-polimerowych z wykorzystaniem bezpośredniego obrazowania fluorescencyjnego

Przedstawiono protokół analizy żeli utworzonych z optoelektronicznego sprzężonego polimeru poli(3-heksyliofen-2,5-diylu) (P3HT) przy użyciu rozpraszania neutronów pod małym i ultramałym kątem zarówno w obecności jak i bez oświetlenia.

Monitorowanie wpływu oświetlenia na strukturę sprzężonych żeli polimerowych z wykorzystaniem rozpraszania neutronów

Flash NanoPrecipitation (FNP) to skalowalne podejście do produkcji polimerowych nanocząstek typu rdzeń-powłoka. Opisano preparaty na skalę laboratoryjną do kapsułkowania terapii hydrofobowych lub hydrofilowych.

Nanoprecypitacja błyskawiczna do enkapsulacji związków hydrofobowych i hydrofilowych w nanocząstkach polimerowych

Wykazano, że strumienie materiałów wtórnych zawierają potencjalne surowce do produkcji. Przedstawiono tutaj protokół, w którym identyfikowane są odpady z tworzyw sztucznych z tworzyw sztucznych CDW jako surowiec, a następnie przeprowadzane są różne etapy przetwarzania (aglomeracja, wytłaczanie). W efekcie wyprodukowano materiał kompozytowy i przeanalizowano właściwości mechaniczne.

Wpływ frakcji tworzyw sztucznych z odpadów budowlanych i rozbiórkowych na właściwości kompozytów drewniano-polimerowych

Nanożele są doskonałą i wszechstronną platformą nanocząsteczek do dostarczania leków biologicznych. Reagujące na bodźce polimerowe nanożele na bazie glikolu poli(etylenowego), zdolne do kapsułkowania ładunków opartych na białkach, zsyntetyzowano przy użyciu jednoetapowej strategii sieciowania ko-nanopolimeryzacji w warunkach wodnych. Przedstawiono tutaj optymalne wytwarzanie i charakterystykę tych nowych nanocząstek.

Synteza nanożeli reagujących na bodźce przy użyciu wodnego jednoetapowego sieciowania i konanopolimeryzacji

Ten artykuł opisuje prostą technikę powlekania elektroprzędzonych nanowłókien PAN elektroaktywnymi polimerami za pomocą osadzania z fazy gazowej. Zbadano wpływ utleniacza FeCl₃ na osadzanie się powłok poli(3,4-etylenodioksytiofenowych) na PAN, aby zrozumieć i zoptymalizować wzrost polimeru, średnicę włókien i ogólną wytrzymałość mechaniczną mat z nanowłókien.

Osadzanie w fazie gazowej elektroaktywnego poli(3,4-etylenodioksytiofenu) na elektroprzędzonych nanowłóknach polimerowych

Nieuporządkowane struktury oferują nowe mechanizmy tworzenia fotonicznych pasm wzbronionych i niespotykaną dotąd swobodę w projektach funkcjonalnych defektów. Aby obejść wyzwania obliczeniowe związane z nieuporządkowanymi systemami, konstruujemy modułowe próbki makroskopowe nowej klasy materiałów PBG i wykorzystujemy mikrofale do scharakteryzowania ich niezmiennych właściwości fotonicznych w łatwy i niedrogi sposób.

Wykorzystanie mikrofalowych i makroskopowych próbek dielektrycznych ciał stałych do badania właściwości fotonicznych nieuporządkowanych materiałów fotonicznych wzbronionych

Poznaj metodę modyfikacji powierzchni nanocząstek BaTiO3 za pomocą czynnika sprzęgającego KH550 w celu poprawy właściwości dielektrycznych nanokompozytów polimerowych. Ta technika zwiększa gęstość energii i nadaje się do produkcji elastycznych kondensatorów.

Zastosowanie czynnika sprzęgającego w celu poprawy właściwości dielektrycznych nanokompozytów na bazie polimerów

Przeglądaj więcej filmów