Waiting
Login processing...

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

Engineering

Polimer Bazlı Nanokompozitlerin Dielektrik Özelliklerini Geliştirmek İçin Kaplin Maddesi Uygulaması

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

Burada, kompozitlerin enerji yoğunluğunu etkili bir şekilde artırabilen yüzey modifiye edilmiş BaTiO3 dolgu maddeleri kullanarak dolgu ve polimer bazlı nanokompozitlerin matrisi arasındaki uyumluluğu artırmak için basit ve düşük maliyetli bir çözüm döküm işlemi gösteriyoruz.

Abstract

Bu çalışmada, çözelti döküm yoluyla BaTiO3-P (VDF-CTFE) nanokompozitlerin üretim sürecinde bir bağlantı ajanı olarak 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) ekleyerek seramik dolgu maddeleri ile polimer matris arasındaki uyumluluğu artırmak için kolay, düşük maliyetli ve yaygın olarak uygulanabilir bir yöntem geliştirilmiştir. Sonuçlar KH550 kullanımı seramik nanofiller yüzeyi değiştirebilirsiniz göstermektedir; bu nedenle, seramik-polimer arayüzünde iyi ıslaklık elde edildi ve gelişmiş enerji depolama performansları bağlantı maddesi uygun miktarda elde edildi. Bu yöntem, yüksek performanslı film kapasitörleri üretimi için son derece arzu edilir esnek kompozitler hazırlamak için kullanılabilir. İşlemde aşırı miktarda bağlantı maddesi kullanılırsa, bağlı olmayan bağlantı maddesi karmaşık reaksiyonlara katılabilir ve bu da dielektrik sabitinde azalmaya ve dielektrik kaybında artışa yol açar.

Introduction

Elektrik enerjisi depolama cihazlarında uygulanan dielektrikler esas olarak iki önemli parametre kullanılarak karakterize edilir: dielektrik sabiti (εr) ve arıza mukavemeti (Eb)1,2,3. Genel olarak, polipropilen (PP) gibi organik maddeler yüksek Eb (~102 MV/m) ve düşük εr (çoğunlukla <5)4,5,6 ise inorganik maddeler, batio3gibi özellikle ferroelektrik, yüksek εr (103-104) ve düşük E b (~100 MV/m)6,7,8. Bazı uygulamalarda, esneklik ve yüksek mekanik darbelere dayanma yeteneği de dielektrik kapasitörler4fabrikasyon için önemlidir. Bu nedenle, polimer bazlı dielektrik kompozitler hazırlamak için yöntemler geliştirmek için önemlidir, özellikle yüksek performanslı 0-3 nanokompozitler oluşturmak için yüksek maliyetli yöntemlerin geliştirilmesi için yüksek εr ve Eb9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. Bu amaçla, polar polimer PVDF ve ilişkili kopolimerler gibi ferroelektrik polimer matrislere dayalı hazırlama yöntemleri, yüksek εr (~10)4,19,20nedeniyle yaygın olarak kabul edilmektedir. Bu nanokompozitlerde, özellikle ferroelektrik seramik, yüksek erolanparçacıklar,yaygın olarak dolgu 6,20,21,22,23,24,25olarak kullanılmaktadır.

Seramik-polimer kompozit üretimi için yöntemler geliştirirken, dielektrik özelliklerinin dolgu maddeleri26'nındağılımından önemli ölçüde etkilenebileceği ne kadar genel bir endişe vardır? Dielektrik kompozitlerin homojenliği sadece hazırlama yöntemleri yle değil, matris ve dolgu maddeleri arasındaki ıslaklık27ile de belirlenir. Seramik-polimer kompozitlerin tekdüzeliğinin spin kaplama28,29 ve sıcak presleme19,26gibi fiziksel süreçlerle ortadan kaldırabileceği birçok çalışma ile kanıtlanmıştır. Ancak, bu iki işlemin hiçbiri dolgu maddeleri ve matrisler arasındaki yüzey bağlantısını değiştirmez; bu nedenle, bu yöntemlerle hazırlanan kompozitler hala εr ve Eb19,27iyileştirilmesi sınırlıdır. Ayrıca, bir üretim açısından bakıldığında, uygunsuz süreçler birçok uygulama için istenmeyen çünkü çok daha karmaşık üretim süreçlerine yol açabilir28,29. Bu bağlamda basit ve etkili bir yönteme ihtiyaç vardır.

Şu anda, seramik-polimer nanokompozitlerin uyumluluğunu artırmak için en etkili yöntem dolgu maddeleri ve matrisler arasındaki yüzey kimyasını değiştiren seramik nano taneciklerin tedavisine dayanmaktadır30,31. Son çalışmalar, bağlantı ajanları kolayca seramik nano tanecikleri üzerinde kaplanmış ve etkili döküm işlemi 32 ,33,,34,3335,36etkilemeden dolgu maddeleri ve matrisler arasında ıslaklığı değiştirmek olduğunu göstermiştir. Yüzey modifikasyonu için, her kompozit sistem için, enerji depolama yoğunluğunda maksimum bir artışa karşılık gelen uygun miktarda bağlantı maddesi olduğu yaygın olarak kabul edilmektedir37; kompozitlerde aşırı bağlantı maddesi ürünlerin performansında bir düşüşe neden olabilir36,37,38. Nano boyutlu seramik dolgu maddeleri kullanan dielektrik kompozitler için, bağlantı maddesinin etkinliğinin esas olarak dolgu maddesinin yüzey alanına bağlı olduğu spekülasyonlardır. Ancak, her nano boyutlu sistemde kullanılacak kritik miktar henüz belirlenmemiştir. Kısacası, seramik-polimer nanokompozitüretimi için basit süreçler geliştirmek için kaplin ajanları kullanmak için daha fazla araştırma gereklidir.

Bu çalışmada, yüksek dielektrik sabiti ile en çok çalışılan ferroelektrik malzeme olan BaTiO3 (BT) dolgu maddesi olarak kullanılmış ve P(VDF-CTFE) %91 mol kopolimer (VC91) seramik-polimer kompozitlerin hazırlanmasında polimer matris olarak kullanılmıştır. BT nanofiller yüzeyini değiştirmek için, ticari olarak kullanılabilir 3-aminopropiltriethoxysilane (KH550) satın alındı ve bir kaplin ajan olarak kullanılır. Nanokompozit sistemin kritik miktarı bir dizi deney le belirlendi. Nano boyutlu kompozit sistemlerin enerji yoğunluğunu artırmak için kolay, düşük maliyetli ve yaygın olarak uygulanabilir bir yöntem gösterilmiştir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. BT dolgu maddeleri yüzey modifikasyonu

  1. 20 mL KH550 çözeltisi hazırlayın (%1 wt KH550 in 95 wt% 95 etanol-su çözücü) ve 15 dakika ultrasonicate.
  2. Bt nano tanecikleri tartmak (yani, dolgu) ve KH550, sırasıyla, böylece dolgu 1, 2, 3, 4, 5 wt ile kaplanabilir bağlantı ajanı. 1.057, 2.114, 3.171, 4.228 ve 5.285 mL KH550 çözeltisi 30 dk ultrasonication tarafından BT nano tanecikleri 1 g tedavi.
  3. 80 °C'de 5 saat, 120 °C'de 12 0 000'de bir vakum fırınında karışımdan gelen su-etanol çözücüsi buharlaştırın.
  4. BT-VC91 nanokompozitleri hazırlamak için yüzey modifiye dolgu maddeleri olarak kuru BT nano taneciklerini kullanın.

2. BT-VC91 nanokompozitlerin hazırlanması

  1. Homojen bir VC91-DMF çözeltisi elde etmek için oda sıcaklığında 10 mL N,N-dimethylformamid (DMF) halinde 0,3 g VC91 tozunu 8 saat boyunca manyetik karıştırarak çözün.
  2. Nanokompozitlerde 5, 10, 10, 15, 20, 25 ve %30'luk son BT yüzdesini elde etmek için VC91-DMF çözeltisinin 10 mL'sine 0,0542, 0,1145, 0,1819, 0,2578, 0,3437 ve 0,4419 g BT nano partikülleri ekleyin. Homojen bir BT-VC91-DMF süspansiyon oluşturmak için 12 saat ve ultrasonication için 30 dakika için manyetik karıştırarak BT nano tanecikleri karıştırın.
    NOT: Hem değiştirilmemiş BT hem de kaplin maddesi ile kaplanmış BT nano tanecikleri kullanılır.
  3. BT-VC91-DMF'yi önceden ısıtılmış 75 mm x 25 mm cam yüzeyinüzerine eşit olarak dökerek süspansiyonu atın (substrat başına 3 mL). DMF çözücünün buharlaşması için 70 °C'de süspansiyonlu cam yüzeyleri 70 °C'de saklayın ve kompozit filmler oluşturacak şekilde buharlaşın.
  4. Serbest duran BT-VC91 filmlerini elde etmek için keskin cımbızkullanarak cam yüzeylerin kompozitlerini bırakın. Anneal 12 saat havada 160 °C'de önceden ısıtılmış tozsuz kağıt üzerinde filmler.

3. Karakterizasyon ve ölçüm

  1. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanarak nanokompozitlerin morfolojisini ve tekdüzeliğini karakterize edin. Bunu yapmak için BT-VC91 numunelerini sıvı nitrojenle dondurun ve yaklaşık 5 mm x 30 μm (yani seramik-polimer arabirimi) boyutunda taze kesit göstermek için kırın. Daha sonra 3−5 nm kalınlığında altın bir tabaka ile kesitin bir tarafını katlayın ve bir SEM(Malzeme Tablosu)kullanarak kompozit yapı karakterize.
  2. Bir altın kaplama(Tablo Malzemeler),pozitif daire şekli, 3 mm çapında ve nanokompozit her iki tarafında ~ 50 nm kalınlığında empedans testi için elektrot oluşturmak için hazırlanan bir altın kaplama (Tablo Malzemeler) kullanarak.
  3. Nanokompozitlerin 100 Hz ile 1 MHz arasında bir frekans aralığındaki kapasitans ve dielektrik kaybını Cp-D fonksiyonu ile bir empedans analizörü(Malzeme Tablosu)kullanarak karakterize edin. Testte, kompozit filmin her iki tarafındaki altın katmanları iki fikstür direğine bağlayın.
  4. Paralel kondansatör modelini kullanarak empedans analizörü tarafından elde edilen kondansatörden nanokompozitlerin dielektrik sabitini (εr)hesaplay:

    εr = dCp/ε0A

    ε0 = 8,85 x 10-12, A altın elektrotların alanıdır, d numunenin kalınlığıdır ve Cp altın elektrotların empedans analizörü fikstürü ile bağlanmasıyla elde edilen paralel kapasitanstır.
  5. Nanokompozitlerin 10 kV'luk yüksek gerilim tedarikçisi(Tablo Malzemeler)kullanarak arıza gücünü karakterize edin. Uygulanan elektrik alanını her numunenin dökümü ne kadar eşit ve sürekli olarak artırın.
  6. Bir ferroelektrik test makinesi kullanarak nanokompozitlerin polarizasyon-elektrik (P-E) alan histeresis döngü karakterize. Elektrik alanını sürekli olarak artırırken her elektrik alanında P-E döngülerini kaydedin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Dolgu maddeleri farklı içeriği ile serbest duran nanokompozit filmler başarıyla protokolde açıklandığı gibi imal edildi ve xBT-VC91 olarak etiketlendi, x kompozitBT hacim yüzdesi nerede. KH550'nin (kaplin ajanının) bu BT-VC91 filmlerinin morfolojisi ve mikroyapısı üzerindeki etkisi SEM tarafından incelenmiş ve Şekil 1'degösterilmiştir. Şekil 1a ve Şekil 1b'de1 ve 5 wt kaplinli 30BT-VC91 nanokompozitlerin SEM görüntüleri gösterilmiştir. BT-VC91 nanokompozitlerin %1 wt KH550 ile dolgu dağılımı, %5 wt KH550 ile BT-VC91 nanokompozitlerden çok daha yoğun ve daha düzgündür, bu da uygun miktarda bağlantı maddesi ile işlenmiş seramik nano partiküllerin döküm sırasında nanokompozitlerde düzgün bir şekilde dağıtılabileceğini, aşırı miktarda bağlantı maddesinin ise seramik nano tanecikleri arasında etkileşime yol açabileceğini ve dolgu ların toplanmasına yol açabileceğini düşündürmektedir. Alınan (değiştirilmemiş) BT dolgu maddeleri kullanılarak 30BT-VC91 nanokompozitlerin kesitinin (yani seramik-polimer arabirimi) görüntüsü Şekil 1c'degösterilirken, KH550'nin %1 wt'sini içeren 30BT-VC91 nanokompozitlerin kesiti Şekil 1d'degösterilmiştir. Kaplamasız BT kullanan nanokompozitler için, nano partiküllerin çoğu polimerle sıkıca kapsüllenmiş olmasına rağmen, hala dolgu maddeleri ile matris arasında bazı ayrımlar vardır, bu da matris ve dolgu maddeleri arasında bağlantı olmadığı anlamına gelir. KH550 kaplamalı BT kullanan nanokompozitler için, BT nano tanecikleri ile VC91 matrisi arasında bir ayrım yoktur, bu da bağlantı maddesinin dolgu ve matris arasında bir köprü görevi görebildiğini gösterir.

Farklı miktarda bağlantı maddesi içeren nanokompozitlerin dielektrik özellikleri daha sonra test edilip Şekil 2'degösterilmiştir. Dielektrik içerik ve 1 kHz ve 100 kHz bağlantı maddesi miktarı Şekil 2a,b'deçizilmiştir. Düşük dolgu içeriğine sahip nanokompozitler için (yani, 5, 10 ve 15 vol%), kompozitlerin εr'si küçük miktarda bağlantı maddesi kullanıldığında temelde değişmedi ve artan bağlantı maddesi miktarıyla birlikte biraz azaldı. Yüksek dolgu içeriğine sahip nanokompozitler için, özellikle %30 vol dolgu içeriğine sahip nanokompozitler için, kompozitlerin εr'si az miktarda bağlantı maddesi ile belirgin bir şekilde artar ve daha da artan bağlantı maddesi miktarıyla keskin bir şekilde azalır. BT dolgu yüzeyine uygun miktarda KH550 kaplandığında maksimum εr elde edilebilir. Örneğin, 30BT-VC91'den KH550'nin %2 wt'si(Şekil 2a)ile 51'lik bir εr elde edilmiştir ve bu da KH550'siz 30BT-VC91'den (yaklaşık 40) çok daha büyüktür. Bu kompozit sistemde, az miktarda bağlantı maddesi bulunan nanokompozitler için εr artışı seramik-polimer arabirimindeki ıslaklığın artmasından ve katkı maddelerinden olası perkolasyon66,10,33; BT-VC91 için büyük miktarda KH550 ile kaplanmış BT nano partikülleri kullanılarak εr'nin azalması, DÜŞÜK dielektrik sabite sahip VC91-KH550 polimer karışımlarının oluşumundan kaynaklanmaktadır. Düşük dolum ve yüksek dolum nanokompozitler arasındaki dielektrik özellikler arasındaki fark, numune hazırlanmasında kullanılan gerçek KH550 miktarına bağlanabilir. Dielektrik kaybı ve 1 kHz ve 100 kHz bağlantı maddesi miktarı Şekil 2c,d'deçizilmiştir. KH550 ile BT-VC91 KH550 olmadan BT-VC91 daha yüksek bir dielektrik kaybı vardır.

BT-VC91 nanokompozitlerinin arıza güçlü yanları da kaydedildi ve Şekil 3'tegösterilmiştir. Bağlantı aracısının kritik miktarını belirlemek için, bağlantı aracısının arıza gücü ve dolgu nun dökümü ile dolgu içeriği nin miktarı sırasıyla Şekil 3a ve Şekil 3b'degösterilmiştir. Beklendiği gibi, BT-VC91'in Eb'si seramik-polimer arabiriminin oluşması nedeniyle artan dolgu içeriği(Şekil 3b)ile azalmıştır. 30BT-VC91 maksimal Eb dolgu maddeleri kullanılarak üretilen kompozitler için gözlenmiştir 2 wt% KH550(Şekil 3b). 2 wt'yi aşan bir KH550 miktarı kullanılmışsa, BT-VC91'in Eb miktarı daha da azaltıldı(Şekil 3a). %2 wt KH550 eklenerek 30BT-VC91'in Eb'si 200 MV/m'ye çıkarılabilir.

Nanokompozitlerin farklı miktarda bağlantı maddesi ile şarj-deşarj verimliliği ve deşarj enerji yoğunluğu P-E döngülerinden hesaplanmıştır. Bağlantı aracısının kullanımı ndan kaynaklanan gelişmiş enerji yoğunluğuna bir örnek olarak, farklı miktarda KH550 ile 15BT-VC91'in enerji depolama özellikleri Şekil 4'tegösterilmiştir. AZ miktarda bağlantı maddesi ile BT-VC91 nanokompozitlerinin maksimal enerji yoğunlukları (%1 - 2 wt) görünüşe göre kaplin ajan olmadan nanokompozitler ile karşılaştırıldığında arttı(Şekil 4b),esas olarak gelişmiş arıza gücü ve nispeten yüksek şarj-deşarj verimliliği atfedilebilir(η). Yüksek elektrik altında yüksek kaybı nedeniyle dosyalanmış, BT-VC91 nanokompozitler η nispeten yüksek elektrik dosyalarında azaldı(Şekil 4a). KH550'nin %1 - 2 η wt'si, lanse köprü bağlama etkisine atfedilen sabit bir elektrik alanı(Şekil 4a)altında nanokompozitlerin %1 - 2 wt'si artmıştır. Özetle, çapı ~200 nm olan BT nano partikülleri kullanılarak bu çalışmada hazırlanan nanokompozitler için, kritik KH550 miktarı %2 wt'den daha küçüktür.

Dielektrik özelliklerinin frekans bağımlılığı açısından nanokompozitlerin εr ve tanδ'si ile test frekansı da çizilmiştir. Örnek olarak, BT-VC91'in %1 wt kaplin li dielektrik özellikleri Şekil 5'tegösterilmiştir ve bu da tüm BT-VC91 nanokompozitlerinin dielektrik özelliklerinin (εr ve tanδ)frekans bağımlılıklarının esas olarak polimer matrisleri tarafından belirlendiğini göstermiştir. Nanokompozitlerin εr'si artan sıklıkta giderek azaldı ( Şekil5a). Tanδ yavaş yavaş düşük frekanslarda frekans ile azaldı ama yavaş yavaş yüksek frekanslarda arttı(Şekil 5b).

Figure 1
Şekil 1: Kesitlerin SEM görüntüleri. (a) 30BT-VC91'in KH550'nin %1 wt'si ve(b) 30BT-VC91'in KH550'nin %5 wt'si ile dolgu dağılımı. Seramik-polimer arayüzü (c) 30BT-VC91 KH550 olmadan ve (d) 30BT-VC91 kh550% 1 wt ile. Bu rakam Tong ve ark.4'tendeğiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: Farklı miktarda bağlantı ajanı (a) εr 1 kHz ve (b) εr 100 kHz ile kompozitlerin dielektrik özellikleri; (c) tanδ 1 kHz ve (d) tanδ 100 kHz. Bu rakam Tong ve ark.4'tendeğiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Nanokompozitlerin farklı miktarda bağlantı maddesi ile arıza gücü (a) KH550 miktarının bir fonksiyonu olarak BT-VC91'in Eb b 'si (b) Bt-VC91'in Eb dolgu içeriğinin bir fonksiyonu olarak. Bu rakam Tong ve ark.4'tendeğiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: Kh550 miktarının bir fonksiyonu olarak 15BT-VC91'in farklı miktarda bağlantı ajanı (a) şarj-deşarj verimliliği ve (d)deşarj enerji yoğunluğu ile nanokompozitlerin enerji depolama performansları. Bu rakam Tong ve ark.4'tendeğiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5: BT-VC91'in (a ) εr ve (b) tanδ'sinin KH550'nin %1 wt'si ile dielektrik özelliklerinin frekans bağımlılığı. Bu rakam Tong ve ark.4'tendeğiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Yukarıda da belirtildiği gibi, bu çalışma ile geliştirilen yöntem seramik-polimer nanokompozitlerin enerji depolama performansını başarıyla artırabilir. Bu yöntemin etkisini optimize etmek için seramik yüzey modifikasyonunda kullanılan bağlantı maddesi miktarını kontrol etmek çok önemlidir. ~200 nm çapında seramik nano tanecikler için, kh550'nin %2 wt'sinin maksimum enerji yoğunluğuna yol açabileceği deneysel olarak belirlenmiştir. Diğer kompozit sistemlerde, çapı ~200 nm'ye yakın dolgu maddeleri benimsendiğinde bu sonuç yaklaşık olarak kullanılabilir. Çapı 200 nm'den büyük olan dolgu maddeleri kullanılıyorsa, kritik miktar benzer bir dizi deney le tekrar belirlenmelidir.

Dielektrik nanokompozitlerin tekdüzeliğini ve performansını artırmaya çalışan diğer çalışmalarla karşılaştırıldığında, bu çalışmada geliştirilen yöntem çok daha basittir ve daha düşük maliyetlidir. Buna ek olarak, bağlantı maddesi uygulaması spin-kaplama ve sıcak presleme gibi diğer süreçler ile kombine edilebilir. Seramik nano-dolgu maddeleri yüzey modifikasyonu yaygın gelecekte gelişmiş dielektrik çeşitli üretiminde uygulanacaktır.

Bu bağlantı ajanı uygulaması gerçekten nanokompozitlerin özelliklerini değiştirmez işaret edilmelidir. Bu nedenle, kompozit bir bağlantı ajanı etkinliği kuvvetle dolgu ve matris seçimine bağlıdır, ve burada önerilen yöntem sadece sınırlı bir ölçüde enerji depolama performansı artar. Önemli ölçüde artan enerji yoğunluğu ile dielektrik geliştirmek için, yeni kompozit sistemlerin hala oluşturulması gerekir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgments

Bu çalışma, Shanxi Eyaleti'nin (20192006) doktora başlangıç kurumu olan Taiyuan Bilim ve Teknoloji Bilimsel Araştırma İlk Fonu (20182028) tarafından desteklenmiştir. İl (201703D111003), Shanxi Eyaleti Bilim ve Teknoloji Ana Projesi (MC2016-01) ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı tarafından desteklenen U610256 Projesi.

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

Mühendislik Sayı 163 dielektrik nanokompozitler kaplin maddesi seramik-polimer mikroyapı serbest duran
Polimer Bazlı Nanokompozitlerin Dielektrik Özelliklerini Geliştirmek İçin Kaplin Maddesi Uygulaması
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