石墨烯/环氧树脂复合材料的介电性能研究

通过Staudenmaier法制备了完全氧化的氧化石墨(GO),并通过高温热膨胀制备了单层石墨烯(graphene)。用FT-IR和TG对GO的氧化程度、含氧官能团进行了表征,用SEM和TEM对天然石墨(NG)、GO和graphene的微观结构进行了分析。利用超声共混法制备了graphene/环氧树脂介电纳米复合材料,介电性能的测试表明,graphene的加入使环氧树脂介电常数大幅提高,当graphene添加量为0.25%(质量分数)时,材料介电常数达到25,是纯环氧树脂的4倍,介电损耗0.11。这为石墨烯在介电储能方面的应用和低成本介电复合材料的制备提供了新思路。     

填料含量对纳米BaTiO_3/环氧树脂复合体系介电性能的影响

通过采用机械共混法制备纳米BaTiO3/环氧树脂两相复合材料和纳米BaTiO3/环氧树脂/炭黑三相复合材料。观试了纳米BaTiO3/环氧树脂两相复合材料的微观形态、介电常数与介电损耗角正切,以及纳米BaTiO3/环氧树脂/炭黑三相复合材料的介电常数与介电损耗角正切,根据微观结构理论、极化理论以及渗流理论分析了纳米BaTiO3填料含量对纳米BaTiO3/环氧树脂复合材料微观形态和介电性能的影响,及导电相炭黑的加入对该复合体系介电性能的影响。     

石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备与介电性能研究

以天然鳞片石墨为原料,通过Hummers法制备氧化石墨,微波热解剥离制备出少层数的石墨烯纳米片。以硅烷偶联剂KH-560为改性剂,超声共混制备石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料。采用FT-IR和SEM分析样品的微观结构和形貌,测试其介电性能。结果表明,随着石墨烯纳米片添加量的增加,复合材料介电常数呈现先增大后减小的趋势,当石墨烯纳米片含量为0.3%(质量分数)时,介电常数达到最大;石墨烯纳米片对复合材料介电损耗的影响与之相反;偶联改性使复合材料的介电常数增大,介电损耗减小。     

石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备与介电性能研究

以天然鳞片石墨为原料,通过Hummers法制备氧化石墨,微波热解剥离制备出少层数的石墨烯纳米片。以硅烷偶联剂KH-560为改性剂,超声共混制备石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料。采用FT-IR和SEM分析样品的微观结构和形貌,测试其介电性能。结果表明,随着石墨烯纳米片添加量的增加,复合材料介电常数呈现先增大后减小的趋势,当石墨烯纳米片含量为0.3%(质量分数)时,介电常数达到最大;石墨烯纳米片对复合材料介电损耗的影响与之相反;偶联改性使复合材料的介电常数增大,介电损耗减小。     

机载龙伯透镜天线用聚苯乙烯泡沫塑料的制备及介电常数调控

针对雷达通讯微波频段新型轻质介电复合材料的迫切需求,开展高介电性能复合材料的研究具有现实意义。采用悬浮聚合法制备不同密度的聚苯乙烯泡沫,研究了聚苯乙烯泡沫的介电常数与密度之间的关系,分析了钛酸钡粉末的介电性能。采用干混法添加钛酸钡粉末制备介电常数可调控的轻质钛酸钡/聚苯乙烯复合泡沫。聚苯乙烯泡沫的介电常数随密度增大,表现出弱的频率依赖性和低介电损耗。钛酸钡粉末具有高的介电常数和较低的介电损耗。BaTiO_3/PS复合材料的介电常数随着BaTiO_3含量的增加而升高。相同介电常数的BaTiO_3/PS复合材料和聚苯乙烯泡沫相比,密度显著下降,说明添加BaTiO_3可以实现介电材料的轻质化。     

纳米BaTiO3/聚醚砜复合材料的制备和性能研究

为了改善有机介质材料的介电性能,采用溶液共混和水沉淀工艺,以聚乙二醇为分散剂,并辅以超声振荡制备了钛酸钡/聚醚砜复合材料。用透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察复合材料的微观形态,观察到纳米钛酸钡在复合材料中均匀分散。用Q表测定复合材料的介电常数和介电损耗正切值,发现复合材料的介电常数和介电损耗正切值随着钛酸钡体积分数增加而增加,得到了复合材料的介电常数、介电损耗与钛酸钡体积分数的关系式。在兼顾可加工性能的前提下,复合材料的介电常数可达到8.2,比纯聚醚砜提高了2倍多。     

钛酸钡/环氧树脂复合材料的制备及其介电性能的研究

钛酸钡/环氧树脂(BaTiO3/EPR)复合材料是最有潜力用于嵌入式电容器的储能介质材料.以不同粒径BaTiO3(BT)与环氧树脂(EPR)复合制备了BaTiO3/EPR复合材料,主要研究了粒径和温度对其介电性能的影响.研究发现复合材料的介电常数和介电损耗均随着温度的升高而升高,这是由环氧树脂基体的膨胀以及BaTiO3的相转变共同引起的.0.1μm的BaTiO3(BT-01)和环氧树脂基体的界面结合力好,组成的复合材料比0.7μm的BaTiO3(BT-07)组成的复合材料介电性能的温度稳定性较好.     

高介电常数EP/BT复合材料介电性能的研究

选用粒径从100 nm～1 μm的钛酸钡(BT)粉末与环氧树脂(EP)采用溶液共混法制备了0～3型两相复合材料,并研究了复合材料的介电性能包括介电常数、介电损耗以及击穿场强.结果表明,复合材料的介电性能不只与陶瓷相的体积分数有关,还与陶瓷相中BT颗粒的粒径大小相关.运用SEM手段对复合物的微观形貌进行了表征.     

Al2O3/环氧树脂复合材料制备及对三相点电场的影响研究

Al2O3填充环氧树脂,并用偶联剂KH560对Al2O3进行表面改性,通过溶液混合法制备不同添加量的Al2O3/环氧树脂复合材料。通过傅立叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和Aglient 4294A阻抗分析仪对Al2O3/环氧树脂复合材料的微观结构和介电性能进行测试,结果表明表面改性的Al2O3在环氧树脂基体中具有更好的分散性,同时表面改性的Al2O3制备的复合材料的介电常数增加,介电损耗降低。采用静电场仿真软件模拟爆电电源中三相点附近电场分布,结果表明随着介电常数增加,三相点电场强度具有降低的趋势。     

片状纳米Al2O3/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用水热法制备片状纳米Al₂O₃,经过偶联剂改性后与环氧树脂复合,通过溶液混合法制备了不同填充量的片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料,研究了片状纳米Al₂O₃用量对片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料介电性能和热性能的影响,利用SEM对复合材料的断口形貌进行了表征。结果表明: 片状纳米Al₂O₃在环氧树脂基体中分散良好;随着片状纳米Al₂O₃填充量的增加,复合材料的起始热分解温度升高、介电强度增大,当片状纳米Al₂O₃的填充量为7wt%时,复合材料的介电强度为 29.58 kV/mm,比纯环氧树脂的介电强度提高了30%;复合材料的介电常数(3.8~4.5)和介电损耗(0.015)比纯环氧树脂稍有增大,但仍维持在较好的介电性能范围内。     

氧化石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备与性能

氧化石墨烯(GO)是石墨烯重要的衍生物之一,通过氧化和超声波分散制备了GO纳米片/环氧树脂复合材料。采用XRD、拉曼光谱、FTIR和TEM表征了GO纳米片的结构与形貌,研究了GO纳米片用量对GO纳米片/环氧树脂复合材料热稳定性、力学性能及介电性能的影响。结果表明:GO纳米片的加入提高了GO纳米片/环氧树脂复合材料失热稳定性;随着GO纳米片填充量的增加,GO纳米片/环氧树脂复合材料的冲击强度和抗弯性能先提高后降低,其介电常数和介电损耗则先减小后增加。GO纳米片填充量为0.3wt%的GO纳米片/环氧树脂复合材料的失重5%时的热分解温度由纯环氧树脂的400.2℃提高到424.5℃,而冲击强度和弯曲强度分别在GO纳米片填充量为0.2wt%和0.3wt%时达到最大,冲击强度由纯环氧树脂的10.5kJ/m2提高到19.7kJ/m2,弯曲强度由80.5 MPa提高到104.0 MPa。     

石墨烯/氰酸酯-环氧树脂复合材料的制备和性能

为优化石墨烯/氰酸酯(CE)复合材料的制备工艺并提高其韧性,制备了对苯二胺(PPD)功能化的氧化石墨烯(GO-PPD),分别以GO和GO-PPD为添加物,以CE和环氧树脂(质量比为7:3)共混物为基体树脂制备了GO/CE-环氧树脂和GO-PPD/CE-环氧树脂复合材料。采用红外和拉曼光谱表征GO和GO-PPD的结构,并研究了二者在溶剂中的溶解性。GO-PPD在乙醇等低沸点和低毒性的有机溶剂中表现出稳定的溶解性,与GO相比,GO-PPD明显改善了复合材料制备的工艺性。性能研究表明,GO和GO-PPD的加入均会降低基体树脂的固化温度,明显提高其力学性能和热性能,使基体树脂的介电常数和介电损耗显著增大,但仍然基本保持良好的耐湿热性和耐腐蚀性。石墨烯表面的化学性质影响石墨烯/CE-环氧树脂复合材料的综合性能,与GO相比,GO-PPD的加入能更明显提高复合材料的力学性能和耐热性。     

氧化石墨烯核-壳杂化粒子/硅橡胶介电弹性体复合材料的制备与性能

采用阳离子聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)改性SiO₂, 再通过静电自组装制备了SiO₂-PDDA-氧化石墨烯(GO)核-壳杂化粒子。采用溶液共混法将SiO₂-PDDA-GO引入到高温硫化硅橡胶(SR)中, 制备了SiO₂-PDDA-GO/SR介电弹性体复合材料。结果表明:该方法能实现GO在SiO₂表面大面积的包覆, 解决了GO容易自聚集的问题, 且PDDA具有还原GO的作用, 无需再对GO核-壳杂化粒子/SR复合材料进行原位热还原, 简化了实验方案, 节能环保。SiO₂-PDDA-GO填充量为60wt% 时, 在100 Hz频率下, SiO₂-PDDA-GO/SR介电弹性体复合材料的介电常数为21.53, 是SR的11.6倍, 介电损耗保持较低值, 同时, 复合材料的模量保持在较低水平。在电场强度为2.48 kV/mm时, 60wt%的SiO₂-PDDA-GO/SR介电弹性体复合材料横向电致形变在同一电场强度下与SR相比增加了15倍。      

Graphene sheets segregated by barium titanate for polyvinylidene fluoride composites with high dielectric constant and ultralow loss tangent

In this paper, we report a unique method to develop polyvinylidene fluoride (PVDF) composites with high dielectric constant and low loss tangent by loading relatively low content of graphene-encapsulated barium titanate (BT) hybrid fillers. BT particles encapsulated with graphene oxide (BT-GO) were prepared via electrostatic self-assembly and subsequent chemical reduction resulted in BT-RGO particles. SEM morphology revealed that RGO sheets were segregated by BT particles. The hybrid fillers have two advantages for tuning dielectric properties: loading extremely low content of RGO can be exactly controlled and individual RGO sheets segregated by BT particles would prevent leakage current. As a result, PVDF composites filled with BT-RGO displayed improved dielectric properties before percolative behavior occurred. Composites filled with 30 vol% BT-RGO have a dielectric constant and loss tangent (tan δ) value of 67.5 and 0.060 (1 kHz), respectively. By contrast, dielectric constant and tan δ of composites filled with 30 vol% BT-GO and BT were 57.7 and 38.3, 0.076 and 0.042 (1 kHz), respectively. The improvement of dielectric constant is attributable to the formation of microcapacitors by highly conductive RGO sheets segregated by BT particles. Meanwhile, the distance between adjacent RGO sheets is large enough to prevent leakage current from tunneling conductance, by which tan δ is remarkably constrained. The composites could achieve excellent dielectric properties by loading relatively low amount of ceramic fillers, which indicates that this method can be used as guideline for reduce the usage amount of ceramic fillers.     

改性凹凸棒土-氧化石墨烯/环氧树脂复合材料的力学性能和热电性能

分别用硅烷偶联剂KH560改性凹凸棒土(Attapulgite，ATP)和氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)，并将其复合制备ATP-GO复合物。以环氧树脂(Epoxy，EP)为基体，采用原位聚合法制备ATP-GO/EP复合材料。采用SEM和FTIR对ATP-GO复合物的形貌和化学结构进行表征。结果表明:ATP与GO成功键合并附着在GO表面；ATP-GO的加入，提高了EP的冲击强度、弯曲强度和热稳定性，降低了其介电常数和介电损耗。3wt%ATP-0.5wt%GO/EP复合材料的弯曲强度和冲击强度分别为138.58 MPa和20.80 kJ/m2，比纯EP分别提高了75.5%和351.6%，而其介电常数和介电损耗分别低至3.36和0.0118，比纯EP降低了7.7%和27.3%。      

Polydopamine coating layer on graphene for suppressing loss tangent and enhancing dielectric constant of poly(vinylidene fluoride)/graphene composites

Graphene with polydopamine (PDA) coating layer which displays promoted dispersibility in organic solvent was prepared through self-polymerization of dopamine onto graphene oxide (GO) and subsequent chemical reduction. The PDA coated reduced GO (RDGO) is homogeneously incorporated into poly(vinylidene fluoride) (PVDF) matrix, which exhibit a percolation threshold at 0.643 wt%. The dielectric constant of PVDF with 0.70 wt% RDGO increases to 176, about 17 times of neat PVDF. Importantly, the loss tangent is suppressed to 0.337 due to reduction of the concentration and mobility of ionizable carboxylic groups by PDA. The enhancement of dielectric constant probably rises from duplex interfacial polarization induced by graphene–semiconductor interface, and semiconductor–insulator interface. The composites displays advantages in excellent dielectric properties and good flexibility and processability guaranteed by low loading of RDGO, which is suitable for the development of dielectric materials for energy storage.     

纳米BaTiO3-SiCw/聚偏氟乙烯三元复合薄膜的制备及其介电性能

以15wt%十六烷基三甲基溴化铵改性碳化硅晶须(CTAB-SiC_w)和KH550改性纳米BaTiO₃(BT)为填料,聚偏氟乙烯(PVDF)为成膜物质,通过溶液流延法制备了BT-SiC_w/PVDF三元复合薄膜,利用FTIR、XRD、SEM和LCR介电温谱仪-高温测试系统联用装置对产物进行结构表征和介电性能测试。结果表明:KH550可以成功改性BT粒子且不会改变BT晶体结构,SiC_w和BT能够较好地分散在PVDF基体中;随着BT引入量的增加,复合薄膜的介电常数先增加后减小,其中当引入10wt%BT时介电性能最优,即频率f=500 Hz、介电常数ε_rmax=33、介电损耗tanδ_max=0.154。随着温度的升高,该试样的介电常数和介电损耗也逐渐增加,并在120℃达到最大值(f=500 Hz、ε_rmax=110、tanδ_max=1.3)。结果对于研究具有高介电常数的三元复合电介质材料为在埋入式电容器中获得应用提供了一种策略。      

Towards suppressing dielectric loss of GO/PVDF nanocomposites with TA-Fe coordination complexes as an interface layer

In this work, graphene oxide (GO) nanosheets with surface modification by Tannic and Fe coordination complexes (TA-Fe) were incorporated into poly(vinylidene fluoride) (PVDF) to prepare high constant but low loss polymer nanocomposites, and the effect of TA-Fe interlayer on dielectric properties of the GO@TA-Fe/PVDF nanocomposites was investigated. The results indicate that the dosage, mixing ratio, and reaction time of TA-Fe complexes have obvious influences on the dielectric properties of the nanocomposites. Furthermore, the TA-Fe interlayer significantly influences the electrical properties of GO@TA-Fe nanoparticles and their PVDF composites, and the GO@TA-Fe/PVDF composites exhibit superior dielectric properties compared with raw GO/PVDF. Dielectric losses of the GO@TA-Fe/PVDF are significantly suppressed to a rather low level owing to the presence of TA-Fe layer, which serves as an interlayer between the GO sheets, thus preventing them from direct contacting with each other. Additionally, the dynamic dielectric relaxation of the GO/PVDF and GO@TA-Fe/PVDF nanocomposites was investigated in terms of temperature.     

改性石墨烯/聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)复合材料薄膜的制备与性能

采用改进Hummers法对天然鳞片石墨进行氧化和超声剥离处理制备氧化石墨烯（GO）,将十三氟辛基三乙氧基硅烷（FAS）与GO反应并还原得到FAS修饰的还原氧化石墨烯（FAS-RGO）。利用溶液涂覆成膜工艺制得FAS-RGO/聚（偏二氟乙烯-共-六氟丙烯）（P（VDF-HFP））复合材料。采用FTIR、XPS、XRD、Raman和TEM表征了FAS-RGO的结构与形貌,同时研究了FAS-RGO用量对FAS-RGO/P（VDF-HFP）介电性能的影响。结果表明：FAS包覆在RGO的表面,有效解决了RGO容易团聚的问题,并且FAS的引入提高了RGO与P（VDF-HFP）的界面结合,改善了RGO在P（VDF-HFP）中的分散性,FAS-RGO还能提高P（VDF-HFP）的结晶性,促进形成β晶型。当FAS-RGO的体积分数为1.6vol%、在100 Hz频率时,FAS-RGO/P（VDF-HFP）复合材料的介电常数为62,较纯P（VDF-HFP）提高了5.2倍,同时FAS-RGO/P（VDF-HFP）复合材料的介电损耗较低。