Waiting
Login processing...

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

Engineering

Tillämpning av ett kopplingsombud för att förbättra de dielektriska egenskaperna hos Polymerbaserade Nanokompositer

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

Här demonstrerar vi en enkel och billig lösningsgjutningsprocess för att förbättra kompatibiliteten mellan fyllnadsstället och3 matrisen av polymerbaserade nanokompositer med hjälp av ytmodifierade BaTiO 3-fyllmedel, vilket effektivt kan förstärka kompositernas energitäthet.

Abstract

I detta arbete utvecklades en lätt, låg kostnad, och allmänt tillämplig metod för att förbättra kompatibiliteten mellan de keramiska fyllmedel och polymer matris genom att lägga till 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) som kopplingsmedel under tillverkningsprocessen av BaTiO3-P(VDF-CTFE) nanokompositer genom lösning gjutning. Resultaten visar att användningen av KH550 kan modifiera ytan av keramiska nanofillers; därför uppnåddes god vätbarhet på gränssnittet mellan keramisk och polymer, och de förbättrade energilagringsprestationerna erhölls genom en lämplig mängd av kopplingsmedlet. Denna metod kan användas för att förbereda flexibla kompositer, vilket är mycket önskvärt för produktion av högpresterande filmkondensatorer. Om en överdriven mängd kopplingsmedel används i processen kan det icke-bifogade kopplingsmedlet delta i komplexa reaktioner, vilket leder till en minskning av dielektrisk konstant och en ökning av dielektrisk förlust.

Introduction

De dielektriska som tillämpas i elektriska energilagringsenheter kännetecknas främst med hjälp av två viktiga parametrar: den dielektriska konstanten (εr) och nedbrytningsstyrkan (Eb)1,2,3. I allmänhet uppvisar organiska material som polypropen (PP) ett högt Eb (~102 MV/m) och en låg εr (mestadels <5)4,5,6 medan oorganiska material, särskilt ferroelektriker som BaTiO3, uppvisar en hög εr (103-104) och en låg E b (~100 MV/m)6,7,8. I vissa tillämpningar är flexibilitet och förmåga att motstå höga mekaniska slag också viktiga för att fabricera dielektriska kondensatorer4. Därför är det viktigt att utveckla metoder för att förbereda polymerbaserade dielektriska kompositer, särskilt för utveckling av lågkostnadsmetoder för att skapa högpresterande 0-3 nanokompositer med höga εr och Eb9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. För detta ändamål är beredningsmetoder baserade på ferroelektriska polymermatriser som den polära polymeren PVDF och dess korrelerade kopolymerer allmänt accepterade på grund av deras högre εr (~10)4,19,20. I dessa nanokompositer har partiklar med hög er, särskilt ferroelektrisk keramik, använts i stor utsträckning som fyllmedel6,20,21,22,23,24,25.

När man utvecklar metoder för tillverkning av keramisk-polymer kompositer, det finns en allmän oro för att dielektriska egenskaper kan påverkas avsevärt av fördelningen av fyllmedel26. Homogeniteten hos dielektriska kompositer bestäms inte bara av beredningsmetoderna, utan också av vätbarheten mellan matrisen och fyllnadsfyllnadsmaskinerna27. Det har bevisats av många studier att icke-enhetlighet av keramisk-polymer kompositer kan elimineras genom fysikaliska processer såsom spinn-beläggning28,29 och hot-pressing19,26. Ingen av dessa två processer ändrar dock ytanslutningen mellan fyllmedel och matriser; därför är de kompositer som utarbetats av dessa metoder fortfarande begränsade när det gäller att förbättra εr och Eb19,27. Dessutom, ur tillverkningssynpunkt, obekväma processer är oönskade för många tillämpningar eftersom de kan leda till mycket mer komplexa tillverkningsprocesser28,29. I detta avseende behövs en enkel och effektiv metod.

För närvarande är den mest effektiva metoden för att förbättra kompatibiliteten av keramisk-polymer nanokompositer bygger på behandling av keramiska nanopartiklar, som ändrar ytkemi mellan fyllmedel och matriser30,31. Nyligen genomförda studier har visat att kopplingsmedel lätt kan beläggas på keramiska nanopartiklar och effektivt modifiera vätbarheten mellan fyllmedel och matriser utan att påverkagjutprocessen 32,33,34,35,36. För ytmodifiering är det allmänt accepterat att för varje sammansatt system, det finns en lämplig mängd kopplingsmedel, vilket motsvarar en maximal ökning av energilagringstätheten37; överskottskopplingsmedel i kompositer kan resultera i en nedgång i prestandan för produkter36,37,38. För dielektriska kompositer med hjälp av nano-sized keramiska fyllmedel, det spekuleras att effektiviteten av kopplingsmedel beror huvudsakligen på ytan av fyllmedel. Den kritiska mängd som ska användas i varje nanostort system är dock ännu inte bestämt. Kort sagt, ytterligare forskning krävs för att använda kopplingsmedel för att utveckla enkla processer för tillverkning av keramisk-polymer nanokompositer.

I detta arbete, BaTiO3 (BT), den mest studerade ferroelektriska material med hög dielektrisk konstant, användes som fyllmedel, och P(VDF-CTFE) 91/9 mol% copolymer (VC91) användes som polymermatris för beredning av keramisk-polymer kompositer. För att modifiera ytan på BT nanofillers, köptes den kommersiellt tillgängliga 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) och användes som kopplingsmedel. Den kritiska mängden av nanokompositsystemet bestämdes genom en serie experiment. En enkel, låg kostnad, och allmänt tillämplig metod demonstreras för att förbättra energitätheten i nano-storlek sammansatta system.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Ytmodifiering av BT-fyllmedel

  1. Förbered 20 mL AV KH550 lösning (1 wt% KH550 i 95 wt% etanol-vatten lösningsmedel) och ultraljud i 15 min.
  2. Väg BT nanopartiklar (dvs fyllmedlet) respektive KH550, så att fyllmedel kan beläggas med 1, 2, 3, 4, 5 wt% av kopplingsmedlet. Behandla 1 g av BT nanopartiklar i 1.057, 2.114, 3.171, 4.228, och 5.285 mL av KH550 lösning av 30 min ultraljud.
  3. Avdunsta vatten-etanollösningen från blandningen vid 80 °C i 5 h och sedan vid 120 °C i 12 h i en vakuumugn.
  4. Använd de torra BT-nanopartiklarna som ytmodifierade fyllmedel för att förbereda NANOkompositer av BT-VC91.

2. Beredning av NANOKOMPOSITER av BT-VC91

  1. Lös upp 0,3 g VC91-pulver i 10 mL N,N-dimetylformamid (DMF) vid rumstemperatur genom magnetisk omrörning i 8 h för att få en homogen VC91-DMF-lösning.
  2. Lägg till 0,0542, 0,1145, 0,1819, 0,2578, 0,3437 och 0,4419 g AV BT-nanopartiklar till 10 mL VC91-DMF-lösning för att erhålla en slutlig BT-procent på 5, 10, 15, 20, 25 och 30 vol% i nanokompositerna. Blanda BT nanopartiklar genom magnetisk omrörning i 12 h och ultraljud i 30 min för att bilda en homogen BT-VC91-DMF suspension.
    OBS: Både de omodifierade BT- och BT-nanopartiklarna som är belagda med kopplingsmedlet används.
  3. Gjut upphängningen genom att jämnt hälla BT-VC91-DMF på ett förvärmt 75 mm x 25 mm glassubstrat (3 mL per substrat). Håll glassubstraten med suspensioner i ugnen vid 70 °C i 8 h för att avdunsta DMF-lösningsmedlet för att bilda sammansatta filmer.
  4. Släpp kompositerna från glassubstrat med hjälp av vassa pincetter för att erhålla fristående BT-VC91-filmer. Glödg filmar på ett förvärmt damma av-fritt pappers- på 160 °C luftar in för 12 h.

3. Karakterisering och mätning

  1. Karakterisera nanokompositernas morfologi och enhetlighet med hjälp av ett svepelektronmikroskop (SEM). För att göra detta, frys BT-VC91 prover i flytande kväve och bryta för att visa färskt tvärsnitt med en ungefärlig storlek på 5 mm x 30 μm (dvs, den keramiska-polymer gränssnitt). Belägga sedan ena sidan av tvärsnittet med ett guldlager med en tjocklek på 3−5 nm och karakterisera den sammansatta strukturen med hjälp av en SEM (Table of Materials).
  2. Med hjälp av en guld coater (Tabell över material), sputter guld lager med en positiv cirkel form, en diameter på 3 mm, och en tjocklek på ~ 50 nm på båda sidor av nanokompositen beredd från steg 2 för att bilda elektroden för impedans testning.
  3. Karakterisera kapacitansen och dielektrisk förlust av nanokompositerna över ett frekvensområde från 100 Hz till 1 MHz med hjälp av en impedansanalysator (Table of Materials) med Cp-D-funktionen. I testningen, anslut guld lager på båda sidor av kompositfilmen med de två polerna av fixtur.
  4. Beräkna den dielektrisk konstant (εr) av nanokompositer från kapacitansen som erhållits genom impedansanalysator med hjälp av parallellkondensatormodellen:

    εr = dCp/ε0A

    där ε0 = 8,85 x 10-12, A är området för guldelektroder, d är tjockleken på prov, och Cp är parallella kapacitans erhålls genom att ansluta guld elektroderna med fixtur av impedans analysator.
  5. Karakterisera uppdelningsstyrkan hos nanokompositer med hjälp av en 10 kV högspänningsleverantör (Table of Materials). Öka det applicerade elektriska fältet jämnt och kontinuerligt tills nedbrytningen av varje prov.
  6. Karakterisera den polisering-elektriska (P-E) fältet hysteres loop av nanokompositer med hjälp av en ferroelektrisk testare. Spela in P-E-slingorna vid varje elektriskt fält samtidigt som du kontinuerligt ökar det elektriska fältet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De fristående nanokompositfilmerna med olika innehåll i fyllmedel tillverkades framgångsrikt enligt beskrivningen i protokollet, och var märkta som xBT-VC91, där x är volymprocenten bt i kompositerna. Effekten av KH550 (kopplingsmedel) på morfologi och mikrostruktur av dessa BT-VC91 filmer studerades av SEM och visas i figur 1. SEM-bilderna på 30BT-VC91-nanokompositer med 1 och 5 wt% kopplingsmedel visas i figur 1a och bild 1b. Fyllmedelsfördelningen av BT-VC91 nanokompositer med 1 wt% KH550 är mycket tätare och mer enhetlig än den för BT-VC91 nanokompositer med 5 wt% KH550, som tyder på att keramiska nanopartiklar som behandlats med en lämplig mängd kopplingsmedel skulle kunna fördelas på ett enhetligt sätt i nanokompositerna under gjutning, medan den alltför stora mängden kopplingsmedel kan orsaka interaktioner mellan keramiska nanopartiklar, och leda till aggregering av fyllmedel. Bilden av tvärsnitt (dvs. gränssnittet mellan keramik och polymer) av 30BT-VC91-nanokompositer som använder as-received (omodifierade) BT-fyllmedel visas i figur 1c, medan tvärsnittet av 30BT-VC91 nanokompositer som innehåller 1 wt% av KH550 visas i figur 1d. För nanokompositerna som använder obestruket BT, även om de flesta av nanopartiklarna är tätt inkapslade i polymer, finns det fortfarande en viss separation mellan fyllmedel och matris, vilket innebär att det inte finns någon koppling mellan matrisen och fyllmedel. För de nanokompositer som använder KH550-belagda BT finns det ingen separation mellan BT-nanopartiklar och VC91-matris, vilket tyder på att kopplingsmedlet skulle kunna fungera som en brygga mellan fyllmedel och matris.

Nanokompositernas dielektriska egenskaper med olika mängder kopplingsmedel testades sedan och visades i figur 2. Det dielektriska innehållet jämfört med mängden kopplingsmedel vid 1 kHz och 100 kHz ritades i figur 2a,b. För nanokompositerna med låg fyllnadshalt (dvs. 5, 10 och 15 vol%), var εr av kompositerna i princip oförändrad när en liten mängd kopplingsmedel används, och minskar något med den ökande kopplingsmedelsmängden. För nanokompositerna med hög fyllnadshalt, särskilt nanokompositerna med en fyllnadshalt på 30 vol%, ökar εr av kompositerna uppenbarligen med en liten mängd kopplingsmedel, och minskar kraftigt med den ytterligare ökande kopplingsmedelsmängden. När en lämplig mängd KH550 var belagt på ytan av BT fyllmedel, maximal εr kunde uppnås. Till exempel uppnåddes en εr av 51 från 30BT-VC91 med 2 wt% av KH550 (Figur 2a), vilket är mycket större än den för 30BT-VC91 utan KH550 (ca 40). I detta sammansatta system beror ökningen av εr för nanokompositerna med en liten mängd kopplingsmedel på ökningen av vätterbarheten på keramisk-polymer-gränssnittet, och den möjliga perkoleringen från tillsatserna6,10,33; minskningen av εr för BT-VC91 med hjälp av BT nanopartiklar belagda med en stor mängd KH550 beror på bildandet av VC91-KH550 polymerblandningar med en låg dielektrisk konstant. Skillnaden i dielektriska egenskaper mellan låg fyllning och nanokomposit med hög fyllning kan hänföras till den faktiska mängd KH550 som används i provberedningen. Den dielektriska förlusten jämfört med mängden kopplingsmedel vid 1 kHz och 100 kHz ritades i figur 2c,d. BT-VC91 med KH550 har en högre dielektrisk förlust än den för BT-VC91 utan KH550.

Uppdelningen styrkor BT-VC91 nanokompositer noterades också och visas i figur 3. För att bestämma kopplingsmedlets kritiska mängd visades nedbrytningsstyrkan jämfört med kopplingsmedlets och nedbrytningsstyrkan jämfört med fyllnadsmedlet i figur 3a respektive figur 3b. Som väntat minskade Eb i BT-VC91 med ökande fyllnadsinnehåll ( Figur3b) på grund av bildandet av gränssnittet mellan keramisk och polymer. En maximal Eb på 30BT-VC91 observerades för kompositer som framställts med hjälp av fyllmedel som behandlats med 2 wt% KH550 ( Figur3b). Om ett KH550-belopp som översteg 2 wt% användes, minskades Eb i BT-VC91 ytterligare (figur 3a). Genom att lägga till 2 wt% KH550 kunde Eb av 30BT-VC91 ökas till 200 MV/m.

Laddnings-urladdningseffektiviteten och urladdningsenergitätheten av nanokompositer med olik mängd av kopplingsmedel beräknades från deras P-E-slingor. Som ett exempel på den förstärkta energitätheten på grund av användningen av kopplingsmedel visas energilagringsegenskaperna för 15BT-VC91 med olika mängd KH550 i figur 4. Den maximala energitätheten hos BT-VC91 nanokompositer med en liten mängd kopplingsmedel (1 - 2 wt%) uppenbarligen ökat jämfört med nanokompositer utan kopplingsmedel (Figur 4b), som främst kunde hänföras till den förstärkta haveristyrkan och en relativt hög laddnings-urladdningseffektivitet (η). På grund av den högre förlusten under hög elektrisk in, η av BT-VC91 nanokompositer minskade vid relativt höga elektriska inlämnade (Figur 4a). Lägga 1 - 2 wt% av KH550 ökade η av nanokompositer under ett fast elektriskt fält (Figur 4a), som tillskrevs den introducerade bro-länkning effekt. Sammanfattningsvis, för nanokompositer som utarbetats i detta arbete med hjälp av BT nanopartiklar med ~ 200 nm i diameter, den kritiska mängden KH550 är mindre än 2 wt%.

När det gäller frekvensberoendet av dielektriska egenskaper ritades också εr och tanδ av nanokompositer kontra testningsfrekvens. Som ett exempel visas de dielektriska egenskaperna hos BT-VC91 med 1 wt%-kopplingsmedel i figur 5, som indikerade att frekvensberoendena av dielektriska egenskaper (εr och tanδ) av alla BT-VC91 nanokompositer huvudsakligen bestämdes av sin polymermatris. Nanokompositernas ε r minskade gradvis med ökande frekvens (Figur 5a). Tanδ minskade gradvis med frekvens vid låga frekvenser men ökade gradvis vid höga frekvenser (Figur 5b).

Figure 1
Bild 1: SEM-bilder av tvärsnitt. Fyllmedelsfördelning av (a) 30BT-VC91 med 1 wt% av KH550 och (b) 30BT-VC91 med 5 wt% av KH550. Keramisk-polymergränssnitt av (c) 30BT-VC91 utan KH550 och (d) 30BT-VC91 med 1 wt% av KH550. Denna siffra har modifierats från Tong et al.4. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 2
Figur 2: Dielektriska egenskaper hos kompositer med olika mängd kopplingsmedel (a) εr vid 1 kHz och (b) εr vid 100 kHz; (c) tanδ vid 1 kHz och (d) tanδ vid 100 kHz. Denna siffra har modifierats från Tong et al.4. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 3
Figur 3: Uppdelningsst styrkor av nanokompositer med olika mängd kopplingsmedel (a) Eb av BT-VC91 som en funktion av KH550 belopp (b) Eb av BT-VC91 som en funktion av fyllmedel innehåll. Denna siffra har modifierats från Tong et al.4. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 4
Figur 4: Energy storage performances of nanokompositer med olika mängd kopplingsmedel (en) laddnings-urladdningseffektivitet och (d) urladdningsenergitäthet på 15BT-VC91 som en funktion av KH550-mängd. Denna siffra har modifierats från Tong et al.4. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 5
Figur 5: Frekvensberoende av de dielektriska egenskaperna hos nanokompositer (a) εr och (b) tanδ av BT-VC91 med 1 wt% av KH550. Denna siffra har modifierats från Tong et al.4. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Som diskuterats ovan, den metod som utvecklats av detta arbete framgångsrikt skulle kunna förbättra energi-lagring prestanda av keramisk-polymer nanokompositer. För att optimera effekten av en sådan metod är det avgörande att kontrollera mängden kopplingsmedel som används vid modifiering av keramisk-yta. För keramiska nanopartiklar med en diameter på ~200 nm bestämdes det experimentellt att 2 wt% av KH550 kunde leda till en maximal energitäthet. För andra sammansatta system får denna slutsats användas ungefär när fyllnadsmaskinerna med diametern är nära ~200 nm antas. Om fyllmedel med en diameter som är mycket större än 200 nm används, bör den kritiska mängden bestämmas igen genom en liknande serie experiment.

Jämfört med andra verk som försökte förbättra enhetligheten och prestandan hos dielektriska nanokompositer är den metod som utvecklats i detta arbete mycket enklare och har en lägre kostnad. Dessutom kan applicering av kopplingsmedlet kombineras med andra processer som spinn-beläggning och varmpressning. Ytmodifieringen av keramiska nano-fyllmedel kommer att tillämpas i stor utsträckning vid tillverkning av olika avancerade dielektriska ämnen i framtiden.

Det måste påpekas att tillämpningen av kopplingsmedel egentligen inte ändrar nanokompositernas egenskaper. Därför beror effektiviteten hos ett kopplingsmedel i en komposit starkt på valet av fyllmedel och matriser, och den metod som föreslås här ökar i energilagringsprestanda endast i begränsad utsträckning. För att utveckla dielektriska medel med en dramatiskt ökad energitäthet måste de nya sammansatta systemen fortfarande skapas.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inget att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete stöddes av Taiyuan University of Science and Technology Scientific Research Initial Funding (20182028), doktorandstartstiftelsen i Shanxi-provinsen (20192006), Natural Science Foundation of Shanxi-provinsen (201703D111003), Vetenskap och teknik större projekt i Shanxi-provinsen (MC2016-01), och Project U610256 stöds av 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 dielektriska nanokompositer kopplingsmedel keramik-polymer mikrostruktur fristående
Tillämpning av ett kopplingsombud för att förbättra de dielektriska egenskaperna hos Polymerbaserade Nanokompositer
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