Waiting
Login processing...

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

Engineering

יישום של סוכן צימוד כדי לשפר את המאפיינים דילטריים של Nanocomposites מבוסס פולימר

Published: September 19, 2020 doi: 10.3791/60916

Summary

כאן, אנו מדגימים תהליך פשוט בעלות נמוכה של פתרון-הטלת פתרון כדי לשפר את התאימות בין המילוי לבין המטריצה של nanocomposites מבוססי פולימר באמצעות משטח שונה BaTiO 3 חומרי מילוי, אשר יכול לשפר ביעילות אתצפיפות האנרגיה של החומרים המרוכבים.

Abstract

בעבודה זו, שיטה קלה, בעלות נמוכה, וישימה נרחבת פותחה כדי לשפר את התאימות בין חומרי מילוי קרמיקה מטריצת פולימר על ידי הוספת 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) כסוכן צימוד במהלך תהליך הייצור של BaTiO3-P(VDF-CTFE) nanocomposites באמצעות יציקת פתרון. התוצאות מראות כי השימוש KH550 יכול לשנות את פני השטח של nanofillers קרמיקה; לכן, wettability טוב על ממשק קרמיקה-פולימר הושגה, ואת ביצועי אחסון אנרגיה משופרת הושגו על ידי כמות מתאימה של סוכן צימוד. ניתן להשתמש בשיטה זו להכנת מרוכבים גמישים, דבר רצוי ביותר לייצור קבלי סרטים בעלי ביצועים גבוהים. אם כמות מוגזמת של סוכן צימוד משמש בתהליך, סוכן צימוד שאינו מצורף יכול להשתתף בתגובות מורכבות, מה שמוביל לירידה קבוע dielectric ועלייה באובדן דילטרי.

Introduction

דילקלריה המיושם בהתקני אחסון אנרגיה חשמלית מאופיינת בעיקר באמצעות שני פרמטרים חשובים: קבוע דיאלקטרי (εr)ואת כוח ההתמוטטות (Eb)1,,2,,3. באופן כללי, חומרים אורגניים כגון פוליפרופילן (PP) מציגים Eb גבוה (~ 102 MV /m) ו εr נמוך (בעיקר <5)4,,5, 6,בעוד חומרים אורגניים, במיוחד ferroelectrics כגון BaTiO3, להפגין εגבוה r (103-10 4) ו E bנמוך (~ 100 MV / מ"ר)6,,7,8. ביישומים מסוימים, גמישות ואת היכולת לעמוד השפעות מכניות גבוהות חשובים גם עבור זיוף קבלים דיילטריים4. לכן, חשוב לפתח שיטות להכנת מרוכבים דילטריים מבוססי פולימר, במיוחד לפיתוח שיטות בעלות נמוכה כדי ליצור ביצועים גבוהים 0-3 nanocomposites עם εr גבוה ו Eb9,10,11,12,13,14,,15,16,17,18. לשם כך, שיטות הכנה המבוססות על מטריצות פולימר פרואלקטריות כגון פולימר PVDF קוטבי וקופולימרים בקורלציה שלה מתקבלים באופן נרחב בשל שלהם εr גבוה (~ 10)4,,19,20. ב nanocomposites אלה, חלקיקים עם er גבוה, במיוחד קרמיקה ferroelectric, שימשו באופן נרחב חומרי מילוי6,20,,21,,22,,23,,24,25.,

בעת פיתוח שיטות לייצור מרוכבים קרמיקה-פולימר, יהיה חשש כללי כי תכונות dielectric יכול להיות מושפע באופן משמעותי על ידי התפלגות חומרי מילוי26. ההומוגניות של מרוכבים דיילקטיים נקבעת לא רק על ידי שיטות ההכנה, אלא גם על ידי הנווה בין המטריצה למילוי27. הוכח על ידי מחקרים רבים כי אי אחידות של מרוכבים קרמיקה-פולימר ניתן לחסל על ידי תהליכים פיזיים כגוןספין ציפוי 28,,29 וחם לחיצה 19,,26. עם זאת, אף אחד משני תהליכים אלה לא משנה את חיבור פני השטח בין חומרי מילוי ומטריות; לכן, מרוכבים שהוכנו על ידי שיטות אלה עדיין מוגבלים בשיפור εr ו- Eb19,27. בנוסף, מנקודת מבט ייצור, תהליכים לא נוחים אינם רצויים עבור יישומים רבים כי הם יכולים להוביל לתהליכי ייצור הרבה יותרמורכבים 28,29. בהקשר זה, נדרשת שיטה פשוטה ויעילה.

כיום, השיטה היעילה ביותר כדי לשפר את התאימות של ננו-מבנים קרמיים פולימר מבוסס על הטיפול של חלקיקים קרמיים, אשר משנה את הכימיה פני השטח בין חומרי מילוימטריצות 30,31. מחקרים שנעשו לאחרונה הראו כי סוכני צימוד יכול להיות מצופה בקלות על חלקיקים קרמיים ולמעשה לשנות את הנוהר בין חומרי מילוי מטריצות מבלי להשפיע עלתהליך הליהוק 32,33,34,35,36. לשינוי פני השטח, מקובל כי עבור כל מערכת מורכבת, יש כמות מתאימה של סוכן צימוד, אשר מתאים לעלייה מקסימליתבצפיפות אחסון אנרגיה 37; סוכן צימוד עודף במרוכבים עלול לגרום לירידה בביצועיםשל מוצרים 36,37,38. עבור מרוכבים dielectric באמצעות חומרי מילוי קרמיקה בגודל ננו, הוא העריך כי היעילות של סוכן צימוד תלוי בעיקר על פני השטח של חומרי מילוי. עם זאת, הכמות הקריטית לשימוש בכל מערכת בגודל ננו עדיין לא נקבעה. בקיצור, נדרש מחקר נוסף כדי להשתמש בחומרי צימוד כדי לפתח תהליכים פשוטים לייצור ננו-מבנים קרמיים-פולימר.

בעבודה זו, BaTiO3 (BT), החומר הפולרואלקטרי הנפוץ ביותר עם קבוע דיאלקטרי גבוה, שימש כמילויים, ו P(VDF-CTFE) 91/9 מול% קופולימר (VC91) שימש מטריצת פולימר להכנת מרוכבים קרמיקה-פולימר. כדי לשנות את פני השטח של nanofillers BT, זמין מסחרית 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) נרכשה ושמשה כסוכן צימוד. הכמות הקריטית של מערכת הננו-מוליטיס נקבעה באמצעות סדרת ניסויים. שיטה קלה, בעלות נמוכה וישימה באופן נרחב מדגימה כדי לשפר את צפיפות האנרגיה של מערכות מרוכבות בגודל ננו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. שינוי פני השטח של חומרי מילוי BT

  1. להכין 20 מ"ל של פתרון KH550 (1 wt% KH550 ב 95 wt% ממס אתנול-מים) ו ultrasonicate במשך 15 דקות.
  2. שקול חלקיקי BT (כלומר, המילוי) ו KH550, בהתאמה, כך חומרי מילוי יכול להיות מצופה עם 1, 2, 3, 4, 5 wt% של סוכן צימוד. לטפל 1 גרם של חלקיקים BT ב 1.057, 2.114, 3.171, 4.228, ו 5.285 מ"ל של פתרון KH550 על ידי 30 דקות ultrasonication.
  3. לאדות את ממס המים-אתנול מהתערובת ב 80 מעלות צלזיוס במשך 5 שעות ולאחר מכן ב 120 מעלות צלזיוס במשך 12 שעות בתנור ואקום.
  4. השתמש חלקיקי BT יבש כמו פני השטח שונה חומרי מילוי כדי להכין BT-VC91 nanocomposites.

2. הכנת ננו-מבנים BT-VC91

  1. להמיס 0.3 גר' של אבקות VC91 ב 10 מ"ל של N,N-dimethylformamide (DMF) בטמפרטורת החדר על ידי ערבוב מגנטי במשך 8 שעות כדי להשיג פתרון הומוגני VC91-DMF.
  2. הוסף 0.0542, 0.1145, 0.1819, 0.2578, 0.3437, ו 0.4419 גרם של חלקיקים BT לתוך 10 מ"ל של VC91-DMF פתרון כדי לקבל אחוז BT הסופי של 5, 10, 15, 20, 25, ו 30 vol ב nanocomposites. לערבב חלקיקים BT על ידי ערבוב מגנטי עבור 12 שעות ו ultrasonication במשך 30 דקות כדי ליצור השעיה הומוגנית BT-VC91-DMF.
    הערה: נעשה שימוש הן חלקיקי BT שלא שנונו והן חלקיקי BT המצופים בצימוד.
  3. הטל את ההשעיה על-ידי שפיכה שווה של ה-BT-VC91-DMF על 75 מ"מ על 25 מ"מ של זכוכית (3 מ"ל למצע). יש לשמור את מצע הזכוכית עם מתלים בתנור ב-70°C למשך 8 שעות כדי לאדות את ממס ה-DMF כדי ליצור סרטים מורכבים.
  4. שחררו את המרוכבים מבצע זכוכית באמצעות פינצטה חדה כדי להשיג סרטי BT-VC91 העומדים בפניהם. נאל הסרטים על נייר ללא אבק מחומם מראש ב 160 מעלות צלזיוס באוויר במשך 12 שעות.

3. אפיון ומדידה

  1. לאפיין את המורפולוגיה ואת האחידות של ננו-מבנים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סריקה (SEM). כך, להקפיא דגימות BT-VC91 בחנקן נוזלי ולשבור כדי להראות חתך רוחב טרי עם גודל משוער של 5 מ"מ x 30 μm (כלומר, ממשק קרמיקה-פולימר). לאחר מכן לכסות צד אחד של חתך הרוחב עם שכבת זהב עם עובי של 3-5 נארם ולאפיין את המבנה מרוכב באמצעות SEM(טבלת חומרים).
  2. באמצעות מעיל זהב(טבלת חומרים),פולט שכבות זהב עם צורת עיגול חיובית, קוטר של 3 מ"מ, ועובי של כ-50 ננומטר משני צידי הננו-מחשוב שהוכן ממדרגה 2 כדי ליצור את האלקטרודה לבדיקת מכשולים.
  3. לאפיין את הקיבוליות ואת אובדן dielectric של nanocomposites על פני טווח תדרים מ 100 הרץ כדי 1 MHz באמצעות מנתח מכשול (טבלת חומרים) עם הפונקציה Cp-D. בבדיקה, חבר שכבות זהב משני צידי הסרט המורכב עם שני הקטבים של מתקן.
  4. חשב את הקבוע דילקרטי (εr)של nanocomposites מהקבלות שהושגה על ידי מנתח מכשול באמצעות מודל קבל מקבילי:

    εr = dCp/ε0A

    כאשר ε0 = 8.85 x 10-12, A הוא האזור של אלקטרודות זהב, d הוא עובי המדגם, ו Cp הוא קיבוליות מקבילה שהושגה על ידי חיבור אלקטרודות זהב עם מתקן של מנתח מכשול.
  5. לאפיין את עוצמת הפירוק של nanocomposites באמצעות ספק מתח גבוה 10 kV(טבלת חומרים). הגדל את השדה החשמלי המיושם באופן שווה ורציף עד לפירוט של כל מדגם.
  6. לאפיין את הקיטוב-חשמלי (P-E) שדה היסטרסיס לולאה של nanocomposites באמצעות בודק ferroelectric. הקלט את לולאות P-E בכל שדה חשמלי תוך הגדלת השדה החשמלי ללא הרף.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

סרטי nanocomposite העומדים בפני עצמו עם תוכן שונה של חומרי מילוי היו מפוברקים בהצלחה כמתואר בפרוטוקול, ותייגו xBT-VC91, כאשר x הוא אחוז הנפח של BT במרוכבים. ההשפעה של KH550 (סוכן צימוד) על מורפולוגיה ומיקרו-מבנה של סרטי BT-VC91 אלה נחקרה על ידי SEM והוצגה בדמות 1. תמונות SEM של 30BT-VC91 ננו-מחשוב עם 1 ו 5 wt% סוכן צימוד מוצגים איור 1a ו איור 1b. התפלגות המילוי של BT-VC91 nanocomposites עם 1 wt% KH550 הוא הרבה יותר צפוף ואחיד מזה של BT-VC91 nanocomposites עם 5 wt% KH550, מציע כי חלקיקי קרמיקה שטופלו עם כמות מתאימה של סוכן צימוד יכול להיות מופץ באופן אחיד nanocomposites במהלך הליהוק, בעוד הכמות המוגזמת של סוכן צימוד עלול לגרום אינטראקציות בין חלקיקים קרמיקה, ומוביל צבירה של חומרי מילוי. התמונה של חתך רוחב (כלומר, ממשק קרמיקה-פולימר) של 30BT-VC91 nanocomposites באמצעות כפי שהתקבל (לא שונו) BT חומרי מילוי מוצג איור 1c, בעוד חתך רוחב של 30BT-VC91 nanocomposites המכיל 1 wt% של KH550 מוצג באיור 1d. עבור nanocomposites באמצעות BT לא מצופים, למרות שרוב החלקיקים הם עטוף בחוזקה פולימר, יש עדיין כמה הפרדה בין חומרי המילוי מטריצה, מה שאומר שאין קשר בין המטריצה חומרי מילוי. עבור nanocomposites באמצעות KH550 מצופה BT, אין הפרדה בין חלקיקי BT מטריצת VC91, אשר מציין כי סוכן צימוד יכול לפעול כגשר בין מילוי מטריצה.

המאפיינים דיילטריים של nanocomposites עם כמויות שונות של סוכן צימוד נבדקו לאחר מכן והוצתו איור 2. התוכן dielectric לעומת כמות של סוכן צימוד ב 1 kHz ו 100 kHz היה התווה איור 2a,b. עבור nanocomposites עם תוכן מילוי נמוך (כלומר, 5, 10 ו 15 vol%), εr של מרוכבים היה בעצם ללא שינוי כאשר כמות קטנה של סוכן צימוד משמש, וקצת יורד עם כמות סוכן צימוד גדל. עבור nanocomposites עם תוכן מילוי גבוה, במיוחד nanocomposites עם תוכן מילוי של 30 vol%, εr של מרוכבים גדל כמובן עם כמות קטנה של סוכן צימוד, ויפחית בחדות עם כמות סוכן צימוד הגדלת עוד יותר. כאשר כמות מתאימה של KH550 היה מצופה על פני השטח של מילוי BT, εr המרבי ניתן להשיג. לדוגמה, εr של 51 הושג מ 30BT-VC91 עם 2% wt של KH550 ( איור2a), שהוא הרבה יותר גדול מזה של 30BT-VC91 ללא KH550 (כ 40). במערכת מורכבת זו, העלייה של εr עבור nanocomposites עם כמות קטנה של סוכן צימוד הוא בשל העלייה של wettability על ממשק קרמיקה פולימר, ואת חדירות אפשרימן התוספים 6,10,33; הירידה של εr עבור BT-VC91 באמצעות חלקיקים BT מצופה בכמות גדולה של KH550 הוא בשל היווצרות של VC91-KH550 תערובות פולימר עם קבוע דיילנטרי נמוך. ניתן לייחס את ההבדל במאפיינים דיילטריים בין מילוי נמוך לננו-מבנים במילוי גבוה לכמות בפועל של KH550 המשמשת בהכנה לדוגמה. ההפסד דיאלקטרי לעומת כמות של סוכן צימוד ב 1 kHz ו 100 kHz היה זומם איור 2c,d. BT-VC91 עם KH550 יש אובדן דיילטרי גבוה יותר מזה של BT-VC91 ללא KH550.

החוזקות הפירוק של BT-VC91 nanocomposites נרשמו גם והוצגו איור 3. כדי לקבוע את הכמות הקריטית של סוכן צימוד, עוצמת ההתמוטטות לעומת כמות של סוכן צימוד וכוח פירוט לעומת תוכן של מילוי הוצגו איור 3a ואיור 3b, בהתאמה. כצפוי, ה-Eb של BT-VC91 ירד עם הגדלת תכולת המילוי(איור 3b)בשל היווצרות ממשק קרמיקה-פולימר. E b ממקסים של 30BT-VC91 נצפתה עבור מרוכבים המיוצרים באמצעות חומרי מילוי שטופלו 2 wt% KH550(איור 3b). אם נעשה שימוש בסכום KH550 העולה על 2 wt% , ה-Eb של BT-VC91 הופחת עוד יותר (איור 3א). על-ידי הוספת 2 wt% KH550, Eb של 30BT-VC91 יכול להיות מוגדל ל 200 MV / m.

יעילות פריקת האישום וצפיפות האנרגיה של ננו-מחשוב עם כמות שונה של חומר צימוד חושבו מלולאות ה-P-E שלהם. כדוגמה לצפיפות האנרגיה המשופרת בשל השימוש בסוכן צימוד, מאפייני אחסון האנרגיה של 15BT-VC91 עם כמות שונה של KH550 מוצגים באות 4. צפיפויות האנרגיה המקסימליות של ננו-מחשוב BT-VC91 עם כמות קטנה של חומר צימוד (1 - 2 wt%) ככל הנראה גדל בהשוואה לאלה של nanocomposites ללאסוכן צימוד (איור 4b),אשר יכול להיות מיוחס בעיקר כוח התמוטטות משופרת ויעילות פריקה תשלום גבוהה יחסית(η). בשל ההפסד הגבוה יותר תחת עתירת חשמל גבוהה, ה-η של BT-VC91 nanocomposites ירד בתבייק חשמלי גבוה יחסית(איור 4a). הוספת 1 - 2 wt% של KH550 גדל η של nanocomposites תחת שדה חשמלי קבוע(איור 4a),אשר יוחס האפקט הציג גשר קישור. לסיכום, עבור nanocomposites מוכן בעבודה זו באמצעות חלקיקים BT עם ~ 200 ננומטר קוטר, הכמות הקריטית של KH550 הוא קטן יותר מ 2 wt%.

במונחים של התלות בתדירות של מאפיינים דיילקליים, εr ושיזוף של nanocomposites לעומת תדירות בדיקה היו גם התווה. כדוגמה, המאפיינים דיילטריים של BT-VC91 עם 1 wt% סוכן צימוד מוצגים באיור 5, אשר הצביע על כך התלות בתדירות של מאפיינים דילקוטיים (εr ושיזוף) של כל BT-VC91 nanocomposites נקבעו בעיקר על ידי מטריצת הפולימר שלהם. εr של nanocomposites ירד בהדרגה עם תדירות גוברת(איור 5a). השיזוף ירד בהדרגה עם תדירות בתדרים נמוכים אך גדל בהדרגה בתדרים גבוהים (איור 5b).

Figure 1
איור 1: תמונות SEM של חתך רוחב. התפלגות מילוי של (a) 30BT-VC91 עם 1% wt של KH550 ו - (ב) 30BT-VC91 עם 5% wt של KH550. ממשק קרמיקה-פולימר של (c) 30BT-VC91 ללא KH550 ו - (ד) 30BT-VC91 עם 1 wt% של KH550. נתון זה שונה מטונג ואח '4. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 2
איור 2: מאפיינים דיאלקטריים של חומרים מרוכבים עםכמות שונה של סוכן צימוד (a) εr ב- 1 kHz ו - (b) εr ב- 100 kHz; (ג)tanơ ב 1 kHz ו - (ד) tanơ ב 100 kHz. נתון זה שונה מטונג ואח '4. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 3
איור 3: חוזקות פירוט של ננו-מחשוב עם כמות שונה של סוכן צימוד (a) Eb של BT-VC91 כפונקציה של סכום KH550 (ב) Eb של BT-VC91 כפונקציה של תוכן מילוי. נתון זה שונה מטונג ואח '4. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 4
איור 4: ביצועי אחסון אנרגיה של ננו-מחשוב עם כמות שונה של חומר צימוד (a) יעילות פריקת מטען ו - (ד) פריקה צפיפות אנרגיה של 15BT-VC91 כפונקציה של כמות KH550. נתון זה שונה מטונג ואח '4. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 5
איור 5: תלות בתדרים של המאפיינים הדלקוטיים של ננו-מחשוב (a) εr ו- (b) tanơ של BT-VC91 עם 1% wt של KH550. נתון זה שונה מטונג ואח '4. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

כפי שנדון לעיל, השיטה שפותחה על ידי עבודה זו יכול לשפר בהצלחה את ביצועי אחסון האנרגיה של ננו-מבנים קרמיים פולימר. כדי לייעל את ההשפעה של שיטה כזו, זה קריטי כדי לשלוט בכמות סוכן צימוד המשמש שינוי משטח קרמיקה. עבור חלקיקים קרמיקה בקוטר של ~ 200 ננומטר, נקבע באופן ניסיוני כי 2 wt% של KH550 יכול להוביל לצפיפות אנרגיה מקסימלית. עבור מערכות מרוכבות אחרות, ניתן להשתמש במסקנה זו ככאשר חומרי המילוי בקוטר קרובים לכ-200 00 00 00 00:00:00,000 --&00:00,000-&00:00,000 --& אם משתמשים במילויים בקוטר גדול בהרבה מ-200 00 00 00 00 00:00,000 ,יש לקבוע שוב את הכמות הקריטית באמצעות סדרה דומה של ניסויים.

בהשוואה לעבודות אחרות שניסו לשפר את אחידות וביצועים של ננו-מבנים דיילטריים, השיטה שפותחה בעבודה זו היא הרבה יותר פשוטה ויש לה עלות נמוכה יותר. בנוסף, ניתן לשלב את היישום של סוכן הזיווג עם תהליכים אחרים כגון ציפוי ספין ולחיצה חמה. שינוי פני השטח של ננו-חומרי מילוי קרמיים יוחל באופן נרחב בייצור של דילטריה מתקדמת בעתיד.

יש לציין כי היישום של סוכן צימוד לא באמת לשנות את המאפיינים של nanocomposites. לכן, היעילות של סוכן צימוד במרוכבים תלויה מאוד בבחירה של חומרי מילוי ומטריס, והשיטה המוצעת כאן מגדילה את ביצועי אחסון האנרגיה רק במידה מוגבלת. על מנת לפתח דילטריה עם צפיפות אנרגיה מוגברת באופן דרמטי, עדיין צריך ליצור את המערכות המורכבות החדשות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

לסופרים אין מה לחשוף.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי אוניברסיטת טאי יואן למדע וטכנולוגיה מימון ראשוני למחקר מדעי (20182028), הבסיס ההתחלתי לדוקטורט של מחוז שאנשי (20192006), הקרן למדעי הטבע של שאנשי מחוז (201703D111003), פרויקט המדע והטכנולוגיה הגדול של מחוז שאנשי (MC2016-01) ופרויקט U610256 נתמך על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין.

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

הנדסה גיליון 163 דילטרי ננו-מבנים חומר צימוד קרמיקה-פולימר מיקרו-מבנה עמידה חופשית
יישום של סוכן צימוד כדי לשפר את המאפיינים דילטריים של Nanocomposites מבוסס פולימר
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