PVDF基有機復合薄膜的介電儲能性能及其松弛行為研究.pdf

1、隨著電子和電源系統(tǒng)的發(fā)展，電介質(zhì)儲能材料受到越來越多的關注。期望其具有高儲能密度，高充放電效率，高擊穿強度和高工作溫度等性能。與傳統(tǒng)的陶瓷材料相比，聚合物電介質(zhì)材料成本低，具有高擊穿強度，低介電損耗，良好的失效性等。開發(fā)介電聚合物的一個主要挑戰(zhàn)是在高電場作用下實現(xiàn)高儲能密度并維持低介電損耗。傳統(tǒng)的介電聚合物（BOPP）具有較低的介電常數(shù)（約23）和儲能密度（＜3J/cm3）。因此，本文采用具有較高介電常數(shù)的聚合物P(VDF-HFP)作為

2、基體，與不同的聚合物進行共混，通過不同的加工方法和微觀結(jié)構調(diào)控，制備具有高儲能密度且低能量損耗的聚合物復合薄膜。具體研究內(nèi)容如下：
　　通過溶液共混的方法制備了P(VDF-HFP)/PC復合薄膜。結(jié)果表明，PC形成球形相均勻地分散在P(VDF-HFP)中。隨著PC含量的增加，P(VDF-HFP)發(fā)生相轉(zhuǎn)變并形成少量的-2b晶體，其結(jié)晶度和結(jié)晶溫度降低。復合薄膜的介電常數(shù)、介電損耗和居里溫度都有所降低，而使得其介電性能具有良好的溫度

3、穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性。同時，復合薄膜的擊穿強度增加。另外，對復合薄膜的電滯回線測試發(fā)現(xiàn)剩余極化明顯降低，滯后環(huán)面積減小，電滯回線趨向于線性電介質(zhì)。在7％PC時，復合薄膜在325MV/m下放電能量密度達到5.88J/cm3，放電效率為60.68%。
　　采用溶液共混的方法制備了相容性良好的P(VDF-HFP)/PMMA復合薄膜。結(jié)果表明復合材料發(fā)生相轉(zhuǎn)變，并形成了高含量的新型-2b晶體。隨著PMMA含量的增加，復合薄膜的結(jié)晶度下降，但

4、熔融溫度增加。復合薄膜的介電常數(shù)和損耗也都有所降低，但介電性能的溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性提高。同時，復合薄膜的擊穿強度顯著提高，在10%PMMA時，擊穿強度高達542.62MV/m。對復合薄膜的儲能性能研究發(fā)現(xiàn)剩余極化和矯頑電場顯著降低，電滯回線趨向于線性電介質(zhì)。當PMMA含量為10%及以上時，復合薄膜的放電效率在300MV/m下仍然高達80%，遠高于P(VDF-HFP)在267MV/m下的45%。
　　利用雙向同步拉伸機制備相容性

5、良好的P(VDF-HFP)/PMMA復合薄膜。結(jié)果表明，在雙向拉伸和PMMA的作用下復合薄膜形成了一定量的-2b晶體，晶粒細化且結(jié)晶度降低。雙向拉伸復合薄膜的介電常數(shù)和損耗都降低，其具有良好的溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性。同時，擊穿強度顯著增加，在10%PMMA時，擊穿強度高達561.04MV/m。另外，雙向拉伸復合薄膜的剩余極化和矯頑電場都明顯降低，電滯回線趨向于線性電介質(zhì)。當PMMA含量為10%時，雙向拉伸復合薄膜在575MV/m下放電能

6、量密度達到17.7J/cm3，其放電效率依然保持在65%以上。
　　介電松弛譜研究結(jié)果表明：溶液法的P(VDF-HFP)/PC復合薄膜復介電常數(shù)虛部在高溫時隨頻率增加呈線性減小，其直流電導率隨溫度的增加向高頻延伸。隨著PC的加入，復合薄膜的介電松弛時間變寬，松弛強度和激活能都增加，這表明復合薄膜松弛行為的多重性。溶液法的P(VDF-HFP)/PMMA復合薄膜發(fā)現(xiàn)三種松弛過程：a、c和電導率松弛。隨著PMMA的加入，a和c的松弛時間