聚丙烯/氮化硼纳米片复合薄膜的制备及介电储能性能研究

发布时间：2024-03-26 01:28

　　聚丙烯(PP)薄膜已广泛应用于薄膜型电容器和静电储能元件,但较低的介电常数限制了其进一步应用。本文以PP为基体材料,通过掺杂低含量的六方氮化硼(h-BN)二维纳米片,制备出聚丙烯/氮化硼纳米复合薄膜,以提高PP介电常数。其中一个关键因素是调控两相界面,以获得h-BN在PP中的良好分散和与基体的紧密结合。本论文通过超声剥离的方式制备少层氮化硼纳米片(BNNSs),并采用盐酸多巴胺(PDA)的非共价聚合反应进行包覆,得到了BNNSs@PDA。通过XRD、FT-IR和TEM表征了BNNSs@PDA的形貌,验证了核-壳结构的直径约150～200 nm,最小厚度约3 nm,有机PDA壳层平均厚度约为7nm。将BNNSs@PDA与PP复合得到薄膜,通过SEM、耐压测试仪、阻抗分析仪等设备对薄膜的微观结构、击穿性能和介电性能进行了研究。结果表明:在BNNSs@PDA的含量仅为1%(质量分数)时,复合材料的介电常数提高至5.62,损耗仅为0.006,理论储能密度高达7.42 J/cm³,是纯PP薄膜的4.8倍。以上结果表明:BNNSs@PDA与PP良好的界面、二维纳米片在面内的取...

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【部分图文】：

图3BNNSs@PDA的SEM,TEM图像和单个BNNS包覆结构TEM显微图像

低倍数下的TEM图像中可以看出,BNNSs@PDA的厚度较薄,边缘较为粗糙,这是由于边缘覆盖了非共价键聚合的PDA所致。高倍数下的TEM图像清晰的反映出了:在厚度约3nm的晶格条纹区域外,覆盖有一层平均厚度约7nm的非晶态包覆层。这说明:通过超声剥离的方法,我们得到了厚度约3....

图4纯PP薄膜的断面SEM图像

图5为BNNSs@PDA含量分别为1%、2%和3%(质量分数)的复合薄膜表面和断面的SEM图像。从图中可以看出,当加入1%(质量分数)的BNNSs@PDA时,断面上并没有明显的观察到填料的存在,说明BNNSs@PDA可以在基体中均匀分散、并与之紧密结合,这是由于BNNSs外层包覆....

图5BNNSs@PDA/PP复合薄膜的表面和断面SEM图像

但当BNNSs@PDA的添加量提高至3%(质量分数)时,可以看到填料在基体中发生了严重的团聚现象,薄膜的致密性严重下降,并且在复合薄膜表面形成了大量的孔洞,如图5(c)及(f)方框区域所示。这种纳米填料的严重团聚,一方面是因为十氢萘溶剂的表面能与BNNSs相差较大,导致BNNSs....

图6室温下,BNNSs@PDA/PP复合薄膜的介电常数和介电损耗曲线及在1kHz下不同样品的介电常数和介电损耗对比

由于PP为非极性聚合物,结构较为规整,内部只有较弱的电子极化,不存在随频率变化的松弛极化损耗[13],因此,在频率为1kHz时介电常数仅为1.57,在整个测试频率范围内,其介电损耗均小于0.005。当加入BNNSs@PDA后,复合薄膜的介电常数明显增加。在1kHz时,添加量仅....

本文编号：3939158