Waiting
Login processing...

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

Engineering

Применение агента соединения для улучшения диэлектрических свойств полимерных нанокомпозитов

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

Здесь мы демонстрируем простой и недорогой процесс литья решений для улучшения совместимости наполнителя и матрицы полимерных нанокомпозитов с использованием поверхностных модифицированных наполнителей BaTiO3, которые могут эффективно повысить плотность энергии композитов.

Abstract

В этой работе был разработан простой, недорогой и широко применимый метод для улучшения совместимости керамических наполнителей и полимерной матрицы путем добавления 3-аминопропилтриетоксисилана (KH550) в качестве сопутствуя агента во время процесса изготовления baTiO3-P(VDF-CTFE) нанокомпозитов через литье раствора. Результаты показывают, что использование KH550 может изменить поверхность керамических нанофиллеров; таким образом, была достигнута хорошая пригодность на керамическо-полимерном интерфейсе, а улучшенные характеристики хранения энергии были получены подходящим количеством ас-агентов связи. Этот метод может быть использован для подготовки гибких композитов, что весьма желательно для производства высокую производительность конденсаторов пленки. Если в процессе используется чрезмерное количество ас-агентов связи, неприсое количество соединенных сцеплива может участвовать в сложных реакциях, что приводит к уменьшению диэлектрической константы и увеличению диэлектрических потерь.

Introduction

Диэлектрики, применяемые в устройствах хранения электрической энергии, в основном характеризуются двумя важными параметрами: диэлектрической константой(r)и прочностью поломки(Eb)1,,2,,3. В целом, органические материалы, такие как полипропилен (PP) демонстрируют высокий Eb (102 МВ/м) инизкий q r (в основном lt;5) 4 ,5,6вто время как неорганические материалы, особенно ферроэлектрики, такие как BaTiO3, демонстрируют высокий r (103-104) и низкий Eb (100 MV/m)6,7,8.r В некоторых приложениях гибкость и способность выдерживать высокие механические воздействия также важны для изготовления диэлектрических конденсаторов4. Поэтому важно разработать методы подготовки полимерных диэлектрических композитов, особенно для разработки недорогих методов создания высокую производительность 0-3 нанокомпозитов с высоким qr и Eb9,,10,,11,,12,,13,,14,,15,,16,,17,,18. Для этого методы подготовки, основанные на ферроэлектрических полимерных матрицах, таких как полярный полимер PVDF и его коррелированные кополимеры широко принимаются из-заих более высокого r (No 10)4,19,20. В этих нанокомпозитах частицы с высоким er,особенно ферроэлектрической керамикой, широко используютсяв качестве наполнителей 6,,20,,21,,22,,23,,24,,25.

При разработке методов производства керамическо-полимерных композитов существует общая обеспокоенность тем, что диэлектрические свойства могут существенно зависеть от распределения наполнителей26. Однородность диэлектрических композитов определяется не только методами подготовки, но и наносимостью между матрицей и наполнителями27. Было доказано многимиисследованиями,что не однородность керамическо-полимерных композитов может быть устранена физическими процессами, такими какспин-покрытие 28,29 игорячее нажатие 19,26. Однако ни один из этих двух процессов не меняет поверхностную связь между наполнителями и матрицами; таким образом, композиты, подготовленные этими методами, по-прежнему ограничены вулучшении r и Eb19,27. Кроме того, с производственной точки зрения, неудобные процессы нежелательны для многих приложений, поскольку они могут привести к гораздо более сложным процессам изготовления28,,29. В этой связи необходим простой и эффективный метод.

В настоящее время наиболее эффективным методом повышения совместимости керамическо-полимерных нанокомпозитов является обработка керамических наночастиц, которая изменяет химию поверхности между наполнителями иматрицами 30,,31. Недавние исследования показали, что соединять агенты могут быть легко покрыты керамическими наночастицами и эффективно изменять wettability между наполнителями и матрицы, невлияя на процесс литья 32,33,34,35,36. Для модификации поверхности широко признано, что для каждой композитной системы имеется подходящее количество ас-агентов связи, что соответствует максимальному увеличению плотностихранения энергии 37; избыточное соединение агента в композитах может привести к снижению производительностипродукции 36,,37,,38. Для диэлектрических композитов с использованием наноразмерных керамических наполнителей, предполагается, что эффективность сопутственного агента в основном зависит от площади поверхности наполнителей. Однако критическое количество, используемое в каждой наноразмерной системе, еще предстоит определить. Короче говоря, необходимы дальнейшие исследования для использования агентов связи для разработки простых процессов для производства керамических полимерных нанокомпозитов.

В этой работе, BaTiO3 (BT), наиболее широко изученный ферроэлектрический материал с высокой диэлектрической постоянной, был использован в качестве наполнителей, и P (VDF-CTFE) 91/9 мол% кополимер (VC91) был использован в качестве полимерной матрицы для подготовки керамическо-полимерных композитов. Для изменения поверхности нанофиллеров BT, коммерчески доступны 3-аминопропилтриетоксисилана (KH550) был приобретен и использован в качестве агента связи. Критическое количество нанокомпозитной системы было определено в ходе серии экспериментов. Простой, недорогой и широко применимый метод демонстрируется для улучшения плотности энергии наноразмерных композитных систем.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Поверхностная модификация наполнителей BT

  1. Приготовьте 20 мл раствора KH550 (1 wt% KH550 в 95 wt% этанолово-водяного растворителя) и ультразвуковой в течение 15 мин.
  2. Взвешивание наночастиц BT (т.е. наполнителя) и KH550, соответственно, так, что наполнители могут быть покрыты 1, 2, 3, 4, 5 wt% от соответствующего агента. Лечить 1 г наночастиц BT в 1.057, 2.114, 3.171, 4.228, и 5.285 мл раствора KH550 на 30 мин ультразвука.
  3. Выпарить растворитель водяного этанола из смеси при температуре 80 градусов по Цельсию в течение 5 ч, а затем при температуре 120 градусов по Цельсию в течение 12 ч в вакуумной печи.
  4. Используйте сухие наночастицы BT в качестве поверхностных модифицированных наполнителей для подготовки нанокомпозитов BT-VC91.

2. Подготовка нанокомпозитов BT-VC91

  1. Растворите 0,3 г порошков VC91 в 10 мл N,N-диметилформамида (DMF) при комнатной температуре магнитным перемешиванием в течение 8 ч для получения однородного раствора VC91-DMF.
  2. Добавить 0.0542, 0.1145, 0.1819, 0.2578, 0.3437, и 0.4419 g наночастиц BT в 10 мл решения VC91-DMF для получения окончательного процента BT 5, 10, 15, 20, 25 и 30 vol% в нанокомпозитах. Смешайте bt наночастицы магнитным перемешиванием в течение 12 ч и ультразвуком в течение 30 минут, чтобы сформировать однородную подвеску BT-VC91-DMF.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Используются как неизмененные наночастицы BT, так и BT, покрытые сопутическим агентом.
  3. Бросьте подвеску равномерно, выливая BT-VC91-DMF на разогретый 75 мм х 25 мм стеклянный субстрат (3 мл на субстрат). Держите стеклянные субстраты с подвесками в духовке при температуре 70 градусов по Цельсию в течение 8 ч, чтобы испарять растворитель DMF для формирования композитных пленок.
  4. Выпустите композиты из стеклянных субстратов с помощью острых пинцетов для получения свободно стоящих пленок BT-VC91. Аннеал пленки на разогретой без пыли бумаге при 160 градусов по Цельсию в воздухе в течение 12 ч.

3. Характеристика и измерение

  1. Характеризовать морфологию и единообразие нанокомпозитов с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM). Для этого заморозить образцы BT-VC91 в жидком азоте и сломать, чтобы показать свежий поперечный сечение с приблизительным размером 5 мм х 30 мкм (т.е. керамический полимерный интерфейс). Затем покрыть одну сторону поперечного сечения золотым слоем толщиной 3,5 нм и охарактеризовать композитную структуру с помощью SEM(Таблица материалов).
  2. Использование золотого пальто(Таблица материалов), слои распыления золота с положительной формой круга, диаметром 3 мм и толщиной 50 нм по обе стороны от нанокомпозита, подготовленного из шага 2, чтобы сформировать электрод для тестирования на увеси.
  3. Характеризируйте емкость и диэлектрические потери нанокомпозитов в частотном диапазоне от 100 Гц до 1 МГц с помощью анализатора импульса(Таблица материалов)с функцией Cp-D. При тестировании соедините золотые слои по обе стороны композитной пленки с двумя полюсами арматуры.
  4. Рассчитайте диэлектрической константы(r)нанокомпозитов из емкости, полученной анализатором импульсов с помощью параллельной конденсаторной модели:

    Rq dCp/q0A

    гдеNo 0 и 8,85 х 10-12, является областью золотых электродов, d является толщина образца, и Cp параллельной емкости, полученной путем подключения золотых электродов с приспособлением анализатора.
  5. Характеризовать прочность разбивки нанокомпозитов с помощью поставщика высокого напряжения 10 кВ(таблица материалов). Увеличьте примененное электрическое поле равномерно и непрерывно до распада каждого образца.
  6. Характеризовать поляризацию-электрический (P-E) поле hysteresis цикл нанокомпозитов с помощью ферроэлектрического тестера. Запись P-E петли на каждом электрическом поле при постоянном увеличении электрического поля.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Свободно стоящие нанокомпозитные пленки с различным содержанием наполнителей были успешно изготовлены, как описано в протоколе, и были помечены как xBT-VC91, где x является процентом объема BT в композитах. Влияние KH550 (агент связи) на морфологию и микроструктуру этих фильмов BT-VC91 было изучено SEM и показано на рисунке 1. Sem изображения 30BT-VC91 нанокомпозиты с 1 и 5 wt% обрамитный агент показаны на рисунке 1a и рисунок 1b. Распределение наполнителя нанокомпозитов BT-VC91 с 1 wt% KH550 гораздо плотнее и однороднее, чем у нанокомпозитов BT-VC91 с 5 wt% KH550, предполагая, что керамические наночастицы, обработанные подходящим количеством сопутствующих агентов, могут равномерно распределяться в нанокомпозитах во время литья, в то время как чрезмерное количество агента связи может вызвать взаимодействие между керамическими наночастицами и привести к агрегации наполнителей. Изображение поперечного сечения (т.е. керамическо-полимерного интерфейса) нанокомпозитов 30BT-VC91 с использованием полученных (неизмененных) наполнителей BT показано на рисунке 1c, в то время как поперечное сечение 30BT-VC91 нанокомпозитов, содержащих 1 wt% KH550, показано на рисунке 1d. Для нанокомпозитов с использованием неокрашенных BT, хотя большинство наночастиц плотно инкапсулированы в полимере, есть еще некоторое разделение между наполнителями и матрицей, что означает отсутствие связи между матрицей и наполнителями. Для нанокомпозитов, использующих BT с покрытием KH550, нет разделения между наночастицами BT и матрицей VC91, что указывает на то, что сопутствующий агент может служить мостом между наполнителем и матрицей.

Затем были протестированы и показаны на рисунке 2 диэлектрические свойства нанокомпозитов с различным количеством сшатного агента. Диэлектрический контент против количества агента связи на 1 кГц и 100 кГц был построен на рисунке 2a,b. Для нанокомпозитов с низким содержанием наполнителя (т.е. 5, 10 и 15 vol%), r композитов был практически неизменным, когда используется небольшое количество агентов связи, и немного уменьшается с увеличением количества агентов связи. Для нанокомпозитов с высоким содержанием наполнителя, в частности, нанокомпозитов с содержанием наполнителя 30 vol%, r композитов увеличивается, очевидно, с небольшим количеством сопутствующей агента, и резко уменьшается с дальнейшим увеличением количества агента соединения. Когда подходящее количество KH550 было покрыто на поверхности наполнителя BT, максимальный qr смог быть достигнут. Например, 51 евро был достигнут из 30BT-VC91 с 2 wt% KH550(рисунок 2a), что намного больше, чем у 30BT-VC91 без KH550 (около 40). В этой композитной системе увеличение r дляr нанокомпозитов с небольшим количеством сшатугового агента связано с увеличением wettability на керамическо-полимерном интерфейсе, и возможным просачиванием издобавок 6,10,33; уменьшение r для BT-VC91 с использованиемr наночастиц BT, покрытых большим количеством KH550, связано с образованием полимерных смесей VC91-KH550 с низкой диэлектрической константой. Разница в диэлектрических свойствах между низкой начинкой и высокой начинкой нанокомпозитов может быть отнесена к фактическому количеству KH550, используемому в подготовке образца. Диэлектрические потери против количества агента связи на 1 кГц и 100 кГц был построен на рисунке 2c,d. BT-VC91 с KH550 имеет более высокую диэлектрические потери, чем у BT-VC91 без KH550.

Сильные стороны нанокомпозитов BT-VC91 также были записаны и показаны на рисунке 3. Чтобы определить критическое количество агента связи, сила поломки по сравнению с количеством соответствующего агента и прочность поломки по сравнению с содержанием наполнителя были показаны на рисунке 3a и рисунке 3bсоответственно. Как и ожидалось, Eb BT-VC91 снизился с увеличением содержания наполнителя(рисунок 3b)из-за формирования керамическо-полимерного интерфейса. Максимальный Eb 30BT-VC91 наблюдался для композитов, произведенных с использованием наполнителей, обработанных 2 wt% KH550(рисунок 3b). Если использовалась сумма KH550, превышающая 2 вт%, Eb BT-VC91 была дополнительно уменьшена(рисунок 3a). При добавлении 2 wt% KH550, Eb 30BT-VC91 может быть увеличен до 200 MV/m.

Эффективность разряда заряда и плотность энергии разряда нанокомпозитов с различным количеством сшатугового агента были рассчитаны из их петель P-E. В качестве примера повышенной плотности энергии из-за использования агента связи, свойства хранения энергии 15BT-VC91 с различным количеством KH550 показаны на рисунке 4. Максимальная плотность энергии нанокомпозитов BT-VC91 с небольшим количеством сопутствующий агент (1 - 2 wt%) по-видимому, увеличилось по сравнению с нанокомпозитами без агента связи (рисунок 4b), которые могут быть в основном связаны с повышенной прочности разбивки и относительно высокой эффективностизаряда разряда( . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Из-за более высокой потери при высокой электрической подал, й BT-VC91 нанокомпозитов снизилась на относительно высоких электрических поданных (Рисунок 4a). Добавление 1 - 2 wt% от KH550 увеличилось - нанокомпозитов под фиксированным электрическим полем (рисунок 4a), который был приписан к введенной мост-связывающий эффект. Таким образом, для нанокомпозитов, подготовленных в этой работе с использованием наночастиц BT диаметром 200 нм, критическое количество KH550 меньше 2 вт%.

С точки зрения частотной зависимости диэлектрических свойств, были также построенынанокомпозиты и загар по сравнению с частотой тестирования.r В качестве примера, диэлектрические свойства BT-VC91 с 1 wt% сопутствующийагентпоказаны на рисунке 5, который указал, что частотные зависимости диэлектрических свойств(r и tan ) всех нанокомпозитов BT-VC91 были в основном определены их полимерной матрицей. Rнанокомпозитов постепенно уменьшается с увеличением частоты(рисунок 5a). Загар постепенноуменьшалась с частотой на низких частотах, но постепенно увеличивалась на высоких частотах(рисунок 5b).

Figure 1
Рисунок 1: SEM изображения поперечных сечений. Наполнитель распределения(a ) 30BT-VC91 с 1 wt% KH550 и (b)30BT-VC91 с 5 wt% KH550. Керамическо-полимерныйинтерфейсc ) 30BT-VC91 без KH550 и (d)30BT-VC91 с 1 wt% KH550. Эта цифра была изменена с Tong et al.4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 2
Рисунок 2: Диэлектрические свойства композитовс различным количеством сшатимного агента (а) 1 кГциb) rпри 100 кГц;r c)загар при 1 кГц и(d)тане при 100 кГц. Эта цифра была изменена с Tong et al.4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 3
Рисунок 3: Разбивка прочности нанокомпозитов с различным количеством сшатимного агента (a) Eb BT-VC91 в качестве функции KH550 суммы (b)Eb BT-VC91 в качестве функции наполнителя содержания. Эта цифра была изменена с Tong et al.4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 4
Рисунок 4: Показатели хранения энергии нанокомпозитов с различным количеством ас-ас(а) эффективности заряда-разрядки и(d)плотность энергии разряда 15BT-VC91 в качестве функции KH550 суммы.a Эта цифра была изменена с Tong et al.4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 5
Рисунок 5: Частотная зависимость диэлектрическихсвойств нанокомпозитовr (a) rиb) таны BT-VC91 с 1 wt% KH550. Эта цифра была изменена с Tong et al.4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Как уже говорилось выше, метод, разработанный в рамках этой работы, может успешно улучшить производительность хранения энергии керамических полимерных нанокомпозитов. Для оптимизации эффекта такого метода крайне важно контролировать количество сотых веществ, используемых в модификации керамической поверхности. Для керамических наночастиц диаметром 200 нм было экспериментально установлено, что 2 вт% KH550 может привести к максимальной плотности энергии. Для других композитных систем этот вывод может быть использован приблизительно при принятии наполнителей диаметром около 200 нм. Если используются наполнители диаметром гораздо больше 200 нм, критическое количество должно быть определено снова с помощью аналогичной серии экспериментов.

По сравнению с другими работами, которые пытались улучшить единообразие и производительность диэлектрических нанокомпозитов, метод, разработанный в этой работе, гораздо проще и имеет более низкую стоимость. Кроме того, применение сотысяка можно сочетать с другими процессами, такими как спин-покрытие и горячее нажатие. Поверхностная модификация керамических нано-наполнителей будет широко применяться при изготовлении различных передовых диэлектрических систем в будущем.

Следует отметить, что применение сопутствующий агент на самом деле не меняет свойств нанокомпозитов. Поэтому эффективность сотысячего агента в композите сильно зависит от выбора наполнителей и матриц, а предложенный здесь метод увеличивает производительность хранения энергии лишь в ограниченной степени. Для того, чтобы разработать диэлектрики с резко увеличенной плотностью энергии, новые композитные системы все еще должны быть созданы.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторов нечего раскрывать.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана Taiyuan университета науки и техники научных исследований первоначального финансирования (20182028), докторской стартовый фонд провинции Шаньси (20192006), Фонд естественных наук провинции Шаньси (201703D111003), научно-технический крупный проект провинции Шаньси (MC2016-01) и проект U610256 при поддержке Национального фонда естественных наук Китая.

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

Инженерия выпуск 163 диэлектрики нанокомпозиты соединенией керамический полимер микроструктура свободно стоящий
Применение агента соединения для улучшения диэлектрических свойств полимерных нанокомпозитов
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