BaTiO3/PVDF复合材料薄膜的成膜工艺及性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ashwgs
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本文首先采用液相浇铸法及旋涂法制备了BaTiO3/PVDF复合材料薄膜,通过研究成膜基底材料、成膜温度及成膜时间对BaTiO3/PVDF薄膜形貌及介电性能和击穿性能的影响,优化了复合材料的成膜工艺;研究了聚多巴胺改性BaTiO3颗粒后采用优化工艺制得的Dopa@BT/PVDF复合材料的抗击穿性能,解释了BaTiO3颗粒表而包覆的聚多巴胺层在提高复合材料击穿场强中的作用;制备了三层PVDF-Dopa@BT/PVDF-PVDF复合材料,研究了多层材料介电常数提高的机理。(1)采用液相浇铸法制备的BaTiO3/PVDF复合材料薄膜的适宜成膜工艺条件为:采用金属基底在80℃下成膜,成膜时间4-5h。 SEM显示,优化条件下制备的薄膜内部微观结构均匀,无明显颗粒聚集现象,且薄膜材料的介电常数、击穿性能稳定,表明了成膜工艺的可靠性;(2)对Dopa@BT/PVDF复合材料,由于聚多巴胺所带的-OH和-NH2基团可与BaTiO3表面的-OH和PVDF上的-F形成键合,使BaTiO3与PVDF基体的界面相容性得到提高,从而使击穿场强显著提高,介电常数保持在10至14之间,当Dopa@BT添加量由3vol%增至15vol%时,复合材料击穿场强由210kV/mm变化为163kV/mm,与未改性材料相比增幅由78%变化为94%,当BaTiO3含量为l0vol%时,储能密度约为2.02J/cm3;(3)采用干膜旋涂工艺制备了PVDF-BaTiO3/PVDF-PVDF三层复合材料薄膜(ABA型),SEM显示其层问结合性良好且界面清晰,当材料整体BaTiO3含量为3~15vol%时,其介电常数与同含量单层材料相比提高了1.5~2.6倍,且BaTiO3含量为3vol%时时材料击穿场强为72kV/mm,介电常数增加的原因是材料内部较强的界面极化作用的结果,击穿场强降低的原因来自层问界面处局部电场畸变的结果;(4)采用湿膜旋涂工艺制备的ABA型多层复合材料薄膜,SEM显示层间界面存在混溶现象,界面极化减弱,介电常数增幅略有降低,当材料整体BaTiO3含量为3-15vol%时,其介电常数与相同含量单层材料相比提高了1.4-1.8倍,并且当BaTiO3整体含量3vol%时,材料击穿场强优于十膜工艺为104kV/mm,但仍小于单层复合材料的118kV/mm;(5)湿膜旋涂工艺制备的多层PVDF-Dopa@BT/PVDF-PVDF复合材料的击穿场强与Dopa@BT/PVDF复合材料相比略有降低,但介电常数增大,整体储能密度增大,当BaTiO3含量为15vol%时,复合材料击穿场强191kV/mm,介电常数达25.7,储能密度为2.84J/cm3。
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