Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Anvendelse af et koblingsmiddel til at forbedre de dielektriske egenskaber polymer-baserede nanokompositter

Published: September 19, 2020 doi: 10.3791/60916
Automatic Translation
1,2,3, 4, 4, 5, 1, 1,2
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

Summary

Her demonstrerer vi en enkel og billig løsningsstøbningsproces for at forbedre kompatibiliteten mellem fyldstof og matrix af polymerbaserede nanokompositter ved hjælp af overfladetætte BaTiO3 fyldstoffer, som effektivt kan forbedre kompositternes energitæthed.

Abstract

I dette arbejde blev der udviklet en nem, billig og bredt anvendelig metode til at forbedre kompatibiliteten mellem de keramiske fyldstoffer og polymermatrixen ved at tilføje 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) som koblingsmiddel under fremstillingsprocessen af BaTiO3-P(VDF-CTFE) nanokompositter gennem opløsningsstøbning. Resultaterne viser, at brugen af KH550 kan ændre overfladen af keramiske nanofillers; Derfor blev der opnået god vådhed på grænsefladen mellem keramiske og polymerer, og de forbedrede energilagringsegenskaber blev opnået af en passende mængde koblingsmiddel. Denne metode kan bruges til at forberede fleksible kompositter, hvilket er meget ønskeligt for produktion af højtydende film kondensatorer. Hvis der anvendes en for stor mængde koblingsmiddel i processen, kan løsgængeren deltage i komplekse reaktioner, hvilket fører til et fald i dielektrisk konstant og en stigning i dielektrisk tab.

Introduction

De dielektriskestoffer,der anvendes i elektriske energilagringsenheder , er hovedsagelig karakteriseret ved hjælp af to vigtige parametre: den dielektriske konstant (εr) og nedbrydningsstyrken (Eb)1,2,3. Generelt udviser organiske materialer som polypropylen (PP) et højt Eb (~102 MV/m) og en lav εr (for det meste <5)4,5,6, mens uorganiske materialer, især ferroelektriske stoffer som BaTiO3, udviser en høj εr (103-104) og en lav Eb (~ 100 MV / m)6,7,8., I nogle applikationer er fleksibilitet og evnen til at modstå høje mekaniske påvirkninger også vigtige for fremstilling af dielektriske kondensatorer4. Det er derfor vigtigt at udvikle metoder til fremstilling af polymerbaserede dielektriske kompositter, især til udvikling af billige metoder til at skabe højtydende 0-3 nanokompositter med høj εr og Eb9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. Til dette formål accepteres tilberedningsmetoder baseret på ferroelektriske polymermatricer såsom polarpolymeren PVDF og dens korrelerede copolymers bredt på grund af deres højere εr (~10)4,19,20. I disse nanokompositter, partikler med høj er, især ferroelektrisk keramik, er blevet udbredt somfyldstoffer 6,20,21,,22,23,24,25.,

Ved udvikling af metoder til fremstilling af keramiske polymer kompositter, er der en generel bekymring for, at dielektriske egenskaber kan være væsentligt påvirket af fordelingen affyldstoffer 26. Homogeniteten af dielektriske kompositter bestemmes ikke kun af tilberedningsmetoderne, men også af vådheden mellem matrixen ogfyldstofferne 27. Det er blevet bevist af mangeundersøgelser,at den manglende ensartethed af keramiske-polymer kompositter kan elimineres ved fysiske processer såsom spin-belægning28,29 og hot-presserende19,26. Men ingen af disse to processer ændrer overfladeforbindelsen mellem fyldstoffer og matricer; de kompositter , der fremstilles ved disse metoder , er derfor stadig begrænset til at forbedre εr og Eb19,27. Ud fra et fremstillingssynspunkt er ubekvemme processer desuden uønskede for mange anvendelser, fordi de kan føre til langt mere kompleksefabrikationsprocesser 28,29. I den forbindelse er der behov for en enkel og effektiv metode.

I øjeblikket er den mest effektive metode til at forbedre foreneligheden af keramisk-polymer nanokompositter baseret på behandling af keramiske nanopartikler, som ændrer overfladekemi mellem fyldstoffer og matricer30,31. Nylige undersøgelser har vist, at koblingsmidler let kan belagt med keramiske nanopartikler og effektivt ændre vådheden mellem fyldstoffer og matricer uden at påvirke støbningsprocessen32,33,34,35,36. For overflade modifikation er det almindeligt accepteret, at der for hvert sammensat system er en passende mængde koblingsmiddel, hvilket svarer til en maksimal stigning i energilagringstætheden37; overskydende koblingsmiddel i kompositmaterialer kan resultere i et fald i produkternesydeevne 36,37,38. For dielektriske kompositter ved hjælp af nano-størrelse keramiske fyldstoffer, er det spekuleret, at effektiviteten af koblingsmiddel hovedsagelig afhænger af overfladearealet af fyldstoffer. Det kritiske beløb, der skal anvendes i hvert nanosystem, er dog endnu ikke fastlagt. Kort sagt, yderligere forskning er nødvendig for at bruge koblingsmidler til at udvikle enkle processer til fremstilling af keramisk-polymer nanokompositter.

I dette arbejde blev BaTiO3 (BT), det mest studerede ferroelektrisk materiale med høj dielektrisk konstant, anvendt som fyldstoffer, og P(VDF-CTFE) 91/9 mol% copolymer (VC91) blev brugt som polymermatrix til fremstilling af keramiske polymerkompositter. For at ændre overfladen af BT nanofillers, de kommercielt tilgængelige 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) blev købt og brugt som koblingsmiddel. Den kritiske mængde af nanokompositsystemet blev bestemt gennem en række forsøg. En nem, billig og bredt anvendelig metode er påvist at forbedre energitætheden af kompositsystemer i nanostørrelse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Overfladeændring af BT-fyldstoffer

  1. Forbered 20 ml KH550 opløsning (1 wt% KH550 i 95 wt% ethanol-vand opløsningsmiddel) og ultralyd i 15 min.
  2. BT-nanopartikler (dvs. fyldstof) og KH550, så fyldstoffer kan belægges med 1, 2, 3, 4, 5 wt% af koblingsmidlet. Behandl 1 g BT nanopartikler i 1,057, 2,114, 3.171, 4.228 og 5.285 ml KH550 opløsning med 30 min ultralydbehandling.
  3. Vandethanolopløsningen fordampes fra blandingen ved 80 °C i 5 timer og derefter ved 120 °C i 12 timer i en vakuumovn.
  4. Brug de tørre BT nanopartikler som overflade modificerede fyldstoffer til at forberede BT-VC91 nanokompositter.

2. Udarbejdelse af BT-VC91 nanokompositter

  1. 0,3 g VC91-pulver opløses i 10 ml N,N-dimethylformamid (DMF) ved stuetemperatur ved magnetisk omrøring i 8 timer for at opnå en homogen VC91-DMF-opløsning.
  2. Tilføj 0,0542, 0.1145, 0.1819, 0.2578, 0.3437 og 0.4419 g BT nanopartikler i 10 ml VC91-DMF-opløsning for at opnå en endelig BT-procentdel på 5, 10, 15, 20, 25 og 30 vol% i nanocompos. Bland BT nanopartikler ved magnetisk omrøring i 12 timer og ultralydbehandling i 30 min. for at danne en homogen BT-VC91-DMF suspension.
    BEMÆRK: Der anvendes både de uændrede BT- og BT-nanopartikler, der er belagt med koblingsmidlet.
  3. Suspensionen kastes jævnt ved at hælde BT-VC91-DMF på et forvarmet 75 mm x 25 mm glasunderlag (3 ml pr. underlag). Hold glasunderlagene med suspensioner i ovnen ved 70 °C i 8 timer for at fordampe DMF-opløsningsmidlet til at danne kompositfilm.
  4. Slip kompositterne fra glasunderlag ved hjælp af skarpe pincet for at opnå fritstående BT-VC91-film. Slet filmene på et forvarmet støvfrit papir ved 160 °C i luften i 12 timer.

3. Karakterisering og måling

  1. Karakterisere morfologi og ensartethed af nanokompositter ved hjælp af en scanning elektron mikroskop (SEM). For at gøre dette fryses BT-VC91 prøver i flydende nitrogen og brydes for at vise frisk tværsnit med en omtrentlig størrelse på 5 mm x 30 μm (dvs. den keramiske-polymer interface). Derefter pels den ene side af tværsnittet med et guldlag med en tykkelse på 3-5 nm og karakterisere den sammensatte struktur ved hjælp af en SEM (Tabel af Materialer).
  2. Ved hjælp af en guld coater (Tabel af materialer),sputter guld lag med en positiv cirkel form, en diameter på 3 mm, og en tykkelse på ~ 50 nm på begge sider af nanocomposit fremstillet fra trin 2 til at danne elektroden til impedans test.
  3. Karakterisere kapacitans og dielektrisk tab af nanokompositter over et frekvensområde fra 100 Hz til 1 MHz ved hjælp af en impedansanalysator (Materialetabel) med Cp-D-funktionen. I testen forbinde guld lag på begge sider af den sammensatte film med de to poler af armaturet.
  4. Den dielektriske konstant (εr)af nanokompositter ud fra kapacitansen, der opnås ved impedansanalysatoren, beregnes ved hjælp af den parallelle kondensatormodel:

    εr = dCp/ε0A

    hvor ε0 = 8,85 x 10-12, A er det område af guld elektroder, d er tykkelsen af prøven, og Cp er parallel kapacitans opnået ved at forbinde guld elektroderne med armaturet af impedans analysator.
  5. Karakterisere opdelingstyrken af nanokompositter ved hjælp af en 10 kV højspændingsleverandør (Materialetabel). Forøg det anvendte elektriske felt jævnt og kontinuerligt, indtil hver prøve er blevet nedbrudt.
  6. Karakterisere polarisering-elektriske (P-E) felt hysterese loop af nanocomposites ved hjælp af en ferroelektrisk tester. Optag P-E sløjfer på hvert elektrisk felt, mens løbende øge det elektriske felt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De fritstående nanokompositfilm med forskelligt indhold af fyldstoffer blev med succes fremstillet som beskrevet i protokollen og blev mærket som xBT-VC91, hvor x er volumenprocenten af BT i kompositterne. Virkningen af KH550 (koblingsmiddel) på morfologi og mikrostruktur af disse BT-VC91-film blev undersøgt af SEM og vist i figur 1. SEM-billederne af 30BT-VC91 nanokompositter med 1 og 5 wt% koblingsmiddel er vist i figur 1a og figur 1b. Fyldstoffordelingen af BT-VC91 nanokompositter med 1 wt% KH550 er meget tæser og mere ensartet end BT-VC91 nanokompositter med 5 wt% KH550, tyder på, at keramiske nanopartikler behandlet med en passende mængde koblingsmiddel kan fordeles ensartet i nanokompositterne under støbning, mens den overdrevne mængde koblingsmiddel kan forårsage interaktioner mellem keramiske nanopartikler og føre til sammenlægning af fyldstoffer. Billedet af tværsnit (dvs. grænsefladen mellem keramiske og polymerer) af 30BT-VC91 nanokompositter, der anvender som modtagne (uændrede) BT-fyldstoffer, er vist i figur 1c, mens tværsnittet af 30BT-VC91 nanokompositter, der indeholder 1 wt % kh550, er vist i figur 1d. For nanokompositter ved hjælp af ubestrøget BT, selv om de fleste af nanopartiklerne er tæt indkapslet i polymer, er der stadig en vis adskillelse mellem fyldstoffer og matrix, hvilket betyder, at der ikke er nogen forbindelse mellem matrix og fyldstoffer. For nanokompositter, der anvender KH550-belagt BT, er der ingen adskillelse mellem BT-nanopartikler og VC91-matrix, hvilket indikerer, at koblingsmidlet kan fungere som bro mellem fyldstof og matrix.

Nanokomplicites dielektriske egenskaber med forskellige mængder koblingsmiddel blev derefter testet og vist i figur 2. Det dielektriske indhold i forhold til mængden af koblingsmiddel ved 1 kHz og 100 kHz blev afbildet i figur 2a,b. For nanokompositter med et lavt fyldstofindhold (dvs. 5, 10 og 15 vol%), var indholdetr af kompositterne stort set uændret, når der anvendes en lille mængde koblingsmiddel, og falder en smule med den stigende koblingsanbestalter. For nanokompositter med et højt fyldstofindhold, især nanokompositterne med et fyldindhold på 30 vol%, stigerkompositternes er naturligvis med en lille mængde koblingsmiddel og falder kraftigt med den yderligere stigende koblingsansat. Når en passende mængde KH550 blev belagt på overfladen af BT fyldstof, den maksimale εr kunne opnås. F.eks. blev der opnået en εr på 51 fra 30BT-VC91 med 2 wt% af KH550 (figur 2a), hvilket er meget større end 30BT-VC91 uden KH550 (ca. 40). I dette sammensatte system skyldes stigningen i εr for nanokompositterne med en lille mængde koblingsmiddel stigningen i vådheden på grænsefladen mellem keramiske polymerer og den mulige nedsivning fra tilsætningsstofferne6,10,33; faldet i εr for BT-VC91 ved hjælp af BT nanopartikler belagt med en stor mængde KH550 skyldes dannelsen af VC91-KH550 polymer blandinger med en lav dielektrisk konstant. Forskellen i dielektriske egenskaber mellem lavfyldning og nanokompositter med høj fyldning kan tilskrives den faktiske mængde KH550, der anvendes i prøvepræparatet. Det dielektriske tab i forhold til mængden af koblingsmiddel ved 1 kHz og 100 kHz blev afbildet i figur 2c,d. BT-VC91 med KH550 har et højere dielektrisk tab end BT-VC91 uden KH550.

BT-VC91-nanokompositternes opdelingsstyrke blev også registreret og vist i figur 3. For at bestemme den kritiske mængde af koblingsmidlet, opdelingsstyrken vs. mængden af koblingsmiddel og nedbrydningsstyrke vs. indholdet af fyldstof blev vist i henholdsvis figur 3a og figur 3b. Som forventet faldt BT-VC91's E b med stigende fyldstofindhold (figur 3b) på grund af dannelsen af grænsefladen mellem keramiske og polymerer. Der blev observeret et maksimalt Eb på 30BT-VC91 for kompositmaterialer fremstillet ved hjælp af fyldstoffer behandlet med 2 wt% KH550 (Figur 3b). Hvis der blev anvendt en KH550-mængde på over 2 wt%, faldt BT-VC91's Eb yderligere (figur 3a). Ved at tilføje 2 wt% KH550 kan Eb på 30BT-VC91 øges til 200 MV/m.

Udledningseffektiviteten og udledningsenergitætheden af nanokompositter med forskellig mængde koblingsmiddel blev beregnet ud fra deres P-E-sløjfer. Som et eksempel på den forbedrede energitæthed på grund af brugen af koblingsmiddel er energilagringsegenskaberne på 15BT-VC91 med forskellig mængde KH550 vist i figur 4. Den maksimale energitæthed af BT-VC91 nanokompositter med en lille mængde koblingsmiddel (1 - 2 wt%) tilsyneladende øget i forhold til nanokompositter uden koblingsmiddel (figur 4b), hvilket hovedsagelig kan tilskrives den øgede nedbrydningsstyrke og en relativt højudledningseffektivitet( η ). På grund af det større tab under høj elektrisk indgivet, η af BT-VC91 nanokompositter faldt ved relativt høje elektriske arkiver (Figur 4a). Tilføjelse 1 - 2 wt% af KH550 øget η af nanokompositter under et fast elektrisk felt (Figur 4a), som blev tilskrevet den indførte bro-forbinder virkning. Sammenfattende, for nanokompositter udarbejdet i dette arbejde ved hjælp af BT nanopartikler med ~ 200 nm i diameter, den kritiske mængde KH550 er mindre end 2 wt%.

Med hensyn til den frekvensafhængighed af dielektriske egenskaber blevder også afbildet nanokompositters og tanδ i forhold til testfrekvensen. Som et eksempel er BT-VC91's dielektriske egenskaber med 1 wt% koblingsmiddel vist i figur 5, som viste, at frekvensafhængigheden af dielektriske egenskaber (εr og tanδ)af alle BT-VC91 nanokompositter hovedsagelig blev bestemt af deres polymermatrix. Nanokompositternes andel faldt gradvist med stigende hyppighed (figur 5a). Tanδ faldt gradvist med frekvens ved lave frekvenser, men steg gradvist ved høje frekvenser (Figur 5b).

Figure 1
Figur 1: SEM-billeder af tværsnit. Fyldstoffordeling på (a) 30BT-VC91 med 1 wt% af KH550 og (b) 30BT-VC91 med 5 wt% kh550. Grænseflade mellem keramiske polymerer på (c) 30BT-VC91udenKH550 og d ) 30BT-VC91 med 1 wt% KH550. Dette tal er blevet ændret fra Tong et al.4. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: Dielektriske egenskaber for kompositter medforskellig mængde koblingsmiddel a ) εr ved 1 kHz ogb) εr ved 100 kHz; c) tanδ ved 1 kHz ogd) tanδ ved 100 kHz. Dette tal er blevet ændret fra Tong et al.4. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: Nanokompositters fordelingsstyrke med forskellig mængde koblingsmiddel (a) Eb af BT-VC91 som funktion af KH550-beløb (b) Eb af BT-VC91 som funktion af fyldstofindholdet. Dette tal er blevet ændret fra Tong et al.4. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: Nanokompositters energilagringspræstationer med forskellig mængde koblingsmiddel (a) udledningseffektivitet ogd) udledning af energitæthed på 15BT-VC91 som funktion af KH550-mængden. Dette tal er blevet ændret fra Tong et al.4. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: Hyppighedsafhængighed af nanokomplicites dielektriske egenskaber (a) εr ogb) tanδ af BT-VC91 med 1 wt% af KH550. Dette tal er blevet ændret fra Tong et al.4. Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Som beskrevet ovenfor, den metode, der er udviklet ved dette arbejde kunne med held forbedre energi-lagring ydeevne keramiske-polymer nanokompositter. For at optimere effekten af en sådan metode, er det afgørende at kontrollere mængden af koblingsmiddel, der anvendes i keramisk-overflade modifikation. For keramiske nanopartikler med en diameter på ~200 nm blev det eksperimentelt fastslået, at 2 wt% af KH550 kunne føre til en maksimal energitæthed. For andre kompositsystemer kan denne konklusion anvendes ca. når fyldstoffer med diameteren er tæt på ~ 200 nm er vedtaget. Hvis der anvendes fyldstoffer med en diameter, der er meget større end 200 nm, skal den kritiske mængde bestemmes igen gennem en lignende serie af forsøg.

Sammenlignet med andre værker, der forsøgte at forbedre ensartetheden og ydeevnen af dielektriske nanokompositter, er den metode, der er udviklet i dette arbejde, meget enklere og har en lavere pris. Desuden kan påføring af koblingsmidlet kombineres med andre processer såsom spin-coating og hot-presser. Overfladeforifikationen af keramiske nanofyldstoffer vil blive anvendt i vid udstrækning ved fremstillingen af forskellige avancerede dielektriske stoffer i fremtiden.

Det skal bemærkes, at anvendelsen af koblingsmiddel ikke rigtig ændrer nanokompositternes egenskaber. Derfor afhænger effektiviteten af et koblingsmiddel i en komposit stærkt af udvælgelsen af fyldstoffer og matricer, og den metode, der foreslås her, øger kun i begrænset omfang energilagringsydelsen. For at udvikle dielektriske stoffer med en dramatisk øget energitæthed skal de nye kompositsystemer stadig oprettes.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af Taiyuan University of Science and Technology Scientific Research Initial Funding (20182028), ph.d.-grundlaget for Shanxi-provinsen (20192006), Natural Science Foundation of Shanxi-provinsen (201703D111003), Science and Technology Major Project of Shanxi Province (MC2016-01) og Project U610256 støttet af National Natural Science Foundation of China.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3-Aminopropyltriethoxysilane (KH550) Sigma-Aldrich 440140 Liquid, Assay: 99%
95 wt.% ethanol-water Sigma-Aldrich 459836 Liquid, Assay: 99.5%
BaTiO3 nanoparticles US Research Nanomaterials US3830 In a diameter of about 200 nm
Ferroelectric tester Radiant Precision-LC100
Glass substrates Citoglas 16397 75 x 25 mm
Gold coater Pelco SC-6
High voltage supplier Trek 610D 10 kV
Impedance analyzer Keysight 4294A
N, N dimethylformamide Fisher Scientific GEN002007 Liquid
P(VDF-CTFE) 91/9 mol.% copolymer
Scanning Electron Microscopy (SEM) JEOL JSM-7000F
Vacuum oven Heefei Kejing Materials Technology Co, Ltd DZF-6020

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Engineering dielektriske nanokomplicerede koblingsmiddel keramisk polymer mikrostruktur fritstående
Anvendelse af et koblingsmiddel til at forbedre de dielektriske egenskaber polymer-baserede nanokompositter
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Li, H., Zhang, D., Li, Z., Li, L.,… More

Li, H., Zhang, D., Li, Z., Li, L., Liu, J., Li, Y. Application of a Coupling Agent to Improve the Dielectric Properties of Polymer-Based Nanocomposites. J. Vis. Exp. (163), e60916, doi:10.3791/60916 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter