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

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.