CoFe_2O_4/PVDF复合材料介电和磁性能研究

为增强聚偏氟乙烯(PVDF)的介电性能和磁性能,以湿法化学法合成的纳米铁酸钴(CoFe_2O_4)和PVDF为原料,通过粉末热压法制备了CoFe_2O_4/PVDF复合材料,并对其介电性能和磁性能进行了研究。结果表明,成功合成了纳米CoFe_2O_4,CoFe_2O_4在PVDF基体中分散均匀;与纯PVDF相比,随CoFe_2O_4掺杂量的增加,复合材料的介电常数、电导率、损耗因子均逐步增大;12%(wt,质量分数)CoFe_2O_4掺杂量时,复合材料的介电常数达18.7,介电损耗仅为0.11;复合材料为硬磁材料;复合材料的击穿电压与击穿场强随CoFe_2O_4掺杂量的增加先增大后减小。     

SiO_2包覆P(St-4VP)纳米复合粒子的制备与表征

使用功能化的共单体4-乙烯基吡啶(4VP)与苯乙烯共聚,合成了聚(苯乙烯-共-4-乙烯基吡啶)(P(St-4VP))粒子。在NH_4OH/乙醇碱性介质中,溶胶-凝胶法生成的SiO_2纳米粒子包覆在P(St-4VP)粒子表面,得到SiO_2包覆P(St-4VP)纳米复合粒子。随4VP组分增加,所制备的P(St-4VP)/SiO_2纳米复合粒子的壳层表面变得粗糙。P(St-4VP)粒子数随PVP用量增加而增加,因此纳米复合粒子的平均尺寸随PVP用量增加而下降,同时随PVP用量增加形成较平滑的SiO_2壳层。NH_4OH和正硅酸乙酯(TEOS)用量增加,复合粒子的SiO_2壳层表面粗糙程度提高。此外,复合粒子的SiO_2壳层厚度随TEOS用量增加而增加。     

基于界面结构调控硅粒子/聚偏氟乙烯复合材料介电性能

为降低硅粒子/聚偏氟乙烯(Si/PVDF)复合材料体系的介电损耗(tanδ)及提高其击穿强度(E_b),采用高温氧化及聚苯乙烯(PS)包覆法,制备出两种分别具有SiO₂单壳及SiO₂@PS双壳的Si@SiO₂和Si@SiO₂@PS核壳结构粒子。采用FTIR、XRD和TEM分析测试了核壳粒子的壳层结构。分析测试证明,Si粒子表面存在SiO₂和PS壳层。结果表明,相比未改性Si/PVDF复合材料,SiO₂外壳显著降低和抑制了Si@SiO₂/PVDF复合材料的tanδ和漏导电流;PS层改进了Si/PVDF复合材料的界面相容性,促进其在基体中均匀分散。双壳结构Si@SiO₂@PS/PVDF复合材料呈现出最低tanδ和最高E_b。Si@SiO₂/PVDF和Si@SiO₂@PS/PVDF复合材料介电性能的改善归因于Si表面SiO₂及SiO₂@PS绝缘界面层有效阻止了半导体Si粒子间的直接接触,极大抑制了损耗。此外,Si/PVDF复合材料相界面缺陷减少及界面相容性改善均有效降低了局部电场畸变,提高了体系的E_b。Si@SiO₂@PS/PVDF复合材料在1 kHz下介电常数高达48,tanδ低至0.07,E_b约为6 kV/mm,在微电子器件及电力设备领域具有潜在的应用价值。      

核-壳结构纳米填料/聚偏二氟乙烯复合电介质的制备及储能性能

在薄膜电容器领域,开发高储能密度(U)和高放电能量效率(η)的聚合物复合电介质仍然是一大挑战。文中将银纳米粒子(AgNP)负载到钛酸钡(BT)纳米颗粒上,再将其表面改性制得被二氧化硅(SiO_2)壳层包覆的负载AgNP的BT纳米填料(SiO_2@Ag@BT)。AgNP赋予材料较大的电位移,而绝缘的SiO_2壳层充当缓冲层限制了漏电流,防止了材料的电击穿及空间电荷的渗透。当SiO_2@Ag@BT质量分数为3%时,聚偏二氟乙烯(PVDF)纳米复合电介质的介电常数为10.0,介电损耗(tanδ)低至0.024,击穿场强为329 MV/m。在200 MV/m的电场下,与BT/PVDF相比,SiO_2@Ag@BT/PVDF纳米复合电介质的储能密度提高了13.7%,达到2.72 J/cm~3,且放电能量效率达到78.0%。经SiO_2改性的含AgNP核-壳结构填料在低添加量下即可实现聚合物复合电介质储能密度的提高并保持高放电能量效率,这为设计新型聚合物电介质材料提供了一种简单而有效的思路。     

聚偏氟乙烯基复合材料的制备及介电性能

为有效改善聚合物基复合材料的介电性能,兼顾高介电常数和低填料量同时并存,采用以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体树脂,钛酸钡(BT)和石墨烯(GNP)分别为介电填料和导电填料,在BT-GNP/PVDF复合体系内部构建微电容器结构。采用溶液法和热压法制备GNP/PVDF薄膜和BT-GNP/PVDF复合薄膜。结果表明,BT和GNP填料在BT-GNP/PVDF复合薄膜中能够均匀分散,在薄膜内能形成明显的微电容器结构。陶瓷填料BT的引入,使微电容器结构更有利于提高BT-GNP/PVDF复合薄膜的介电常数。BT含量大于50wt%的BT-GNP/PVDF复合薄膜介电常数均不低于GNP/PVDF薄膜。BT含量为50wt%的BT-GNP/PVDF复合薄膜的介电常数高于BT含量分别为35wt%、60wt%和70wt%的BT-GNP/PVDF复合薄膜,最大值约为43,相当于GNP含量为0.8wt%的GNP/PVDF薄膜的1.5倍;BT含量为50wt%的BT-GNP/PVDF复合薄膜损耗角正切均小于其他体系薄膜,最大不超过0.09,最小约为0.02。BT-GNP/PVDF复合薄膜的电导率变化趋势基本一致,没有明显差异。      

多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯高介电常数复合材料的制备与性能

为制备具有高介电常数的复合材料,采用注射成型法制备了原始多壁碳纳米管(P-MWCNTs)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料和石墨化多壁碳纳米管(G-MWCNTs)/PVDF复合材料。然后,对P-MWCNTs和G-MWCNTs进行了Raman光谱表征,对MWCNTs/PVDF复合材料进行了断面形貌、力学性能和电学性能测试。结果表明:G-MWCNTs比P-MWCNTs具有更高的纯度和结晶度,两种不同的MWCNTs都能均匀分散在PVDF基体中,添加MWCNTs会显著影响PVDF的力学行为。MWCNTs/PVDF复合材料的介电性能随MWCNTs含量的增加而提高,与P-MWCNTs相比,G-MWCNTs有效降低了复合材料的渗流阈值。当频率为100 Hz时,纯PVDF的介电常数为7.0;当P-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数为23.8;当G-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数高达105.0。注射成型法制备的MWCNTs/PVDF复合材料仍保持相对较低的电导率,进而导致复合材料的能量损耗较低,对电荷存储应用具有重要意义。     

纳米SiO_2/环氧树脂复合材料的制备方法与性能关系

采用超声分散、机械剪切搅拌和纳米SiO_2粒子表面处理等多种分散工艺,制备了纳米SiO_2/环氧树脂复合材料。采用SEM、电子拉力机、粘弹谱仪和脉冲声管测试系统分别研究了纳米SiO_2/环氧树脂复合材料的微观结构、拉伸性能、动态力学性能和水声性能。结果表明,超声波分散法以及预处理法能够将纳米SiO_2粒子均匀分散在环氧树脂基体中,并且SiO_2粒子呈纳米尺度分布在环氧基体中。相对纯环氧树脂材料,纳米SiO_2/环氧树脂复合材料的拉伸强度提高了5%—30%,伸长率提高了2%—14%;储能模量随纳米SiO_2粒子的加入与均匀分散而提高,损耗因子则略有下降;吸声系数相对纯环氧树脂材料提高了6—10倍;而且纳米SiO_2/环氧树脂复合材料的常规力学性能、动态力学性能以及水声性能受纳米粒子的分散效果影响明显,分散越均匀,变化越大。     

膜蒸馏脱盐用超疏水复合膜的研制

通过溶胶凝胶法和表面涂覆法,先后在PVDF中空纤维膜表面引入亲水SiO_2纳米粒子和低表面能PDMS涂层,构建具有高粗糙度、低表面能的超疏水复合膜,并探究SiO_2粒径、SiO_2溶液涂覆时间、PDMS涂覆时间等条件对复合膜性能的影响。SiO_2/PVDF复合膜接触角只有25.8°,而PDMS/SiO_2/PVDF复合膜接触角则达到162.3°,膜蒸馏通量约24.5 kg/(m~2·h);在60 h质量分数3.5%氯化钠盐溶液膜蒸馏测试中性能稳定,截留率始终保持在99.8%以上.     

疏水性气相SiO2改性环氧树脂的耐电晕性能

采用砂磨机将疏水性气相SiO₂纳米粒子分散到无溶剂环氧树脂（Epoxy,EP）中,经加热固化后制备了不同掺杂量的疏水性气相SiO₂/EP复合材料,通过XRD检测和SEM表征,证实疏水性气相SiO₂纳米粒子以无定形态均匀分散在EP中。疏水性气相SiO₂/EP复合材料的理化性能测试结果表明:其热稳定性、介电常数、介电损耗和电导率均随纳米SiO₂粒子掺杂量的增加而有所升高;纳米SiO₂粒子掺杂量为2wt%时,击穿场强达到最大值为24.66 kV/mm,较纯EP材料提高了21.35%;疏水性气相SiO₂/EP复合材料耐电晕寿命随纳米SiO₂粒子掺杂量增加而增加。在室温、80 kV/mm电场强度下,纳米SiO₂粒子掺杂量为8wt%时,疏水性气相SiO₂/EP耐电晕寿命可达42.7 h,是纯EP的18.9倍。      

气相二氧化硅改性热塑性聚酰亚胺薄膜的制备及性能

以4,4'-双(3-氨基苯氧基)联苯(4,3-BAPOBP)和均苯四甲酸二酐(PMDA)为单体,气相二氧化硅(Fumed SiO_2)为纳米粒子的前驱体,通过原位聚合法在N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中制备出SiO_2质量分数不同的热塑性聚酰亚胺(TPI)纳米复合薄膜。采用红外光谱仪、扫描电镜对复合薄膜的微观结构进行了表征,并对其力学和介电性能进行了测试和研究。结果表明,成功制备了亚胺化完全的TPI/SiO_2复合薄膜;SiO_2在基体中具有良好的分散性;适量添加SiO_2能够显著提高基体的力学和介电性能,且当其质量分数(下同)为6%时,复合薄膜的拉伸强度和击穿强度均达到最大值,分别提高了15%和22%;复合薄膜的介电常数随SiO_2质量分数的增加而单调递增,含15%SiO_2薄膜的介电常数在1k Hz时由3.5增加到了4.15。     

磁性Fe_3O_4@SiO_2复合纳米颗粒的制备与表征

采用化学共沉淀法和正硅酸乙酯水解法制备了SiO_2包覆的Fe_3O_4磁性颗粒,采用X射线衍射仪、接触角测定仪、振动样品磁强计、透射电子显微镜等多种测试手段对所制备的颗粒进行了表征。结果表明:磁性颗粒表面成功包覆了一层SiO_2,包覆后的颗粒粒径为20 nm左右,具有超顺磁性;接触角从包覆前的120°减小到90°左右,亲油性显著增强;复合Fe_3O_4颗粒的饱和磁化强度随SiO_2包覆量的增加而减小,其值为84 kA/m,达到了使用要求。     

表面修饰BaTiO3对聚偏氟乙烯热性能和介电性能的影响规律研究

高介电常数的高分子复合材料可以被广泛应用于能量存储和人工肌肉领域。利用含羧基聚芳醚腈(PEN)对BaTiO3(BT)纳米粒子进行表面修饰,以增加BT在高分子基体聚偏氟乙烯(PVDF)中的分散性。通过溶液浇铸法,制备了一系列BT@PEN含量不同的高分子复合薄膜(PVDF/BT@PEN)。结果表明:PVDF/BT@PEN具有很好的热稳定性,起始分解温度超过了440℃。同时,复合薄膜的介电常数k随着BT@PEN质量含量的增加逐渐增大。当BT@PEN质量含量为20%时,复合薄膜在100Hz时的介电常数大于12。     

Al2O3/Ni金属陶瓷力学性能和介电性能的研究

以热压烧结的方法制备了Al2O3/Ni金属陶瓷,探讨了Al2O3/Ni金属陶瓷显微结构、力学性能及微波介电性能随Ni粒子含量变化的规律.结果表明,在垂直于压力方向上,Ni粒子有明显的受压拉伸现象;当Ni粒子含量从5%(体积分数)增加至20%(体积分数)时,金属陶瓷中Ni粒子的分布由孤立向部分桥连方式转变.随Ni粒子含量的增加,金属陶瓷致密度略有下降,抗弯强度明显降低.与纯氧化铝陶瓷相比,含20%(体积分数)Ni粒子Al2O3/Ni金属陶瓷的断裂韧性提高了50%左右,达到6.4MPa·m1/2.复介电常数测试结果表明,在8.2～12.4GHz频率范围内,金属陶瓷复介电常数的实部和损耗随Ni粒子含量的增加逐渐上升.当Ni粒子含量达到20%(体积分数)时,由于Ni粒子之间的部分桥连现象而使介电常数虚部在一定频段出现负值.     

CaCu3Ti4-3/4zFezO12/偏聚氟乙烯和Ca1-3/2xLaxCu3-yMgyTi4O12/偏聚氟乙烯复合材料的制备及介电性能研究

以CaCu3Ti4O12为原料,采用溶胶-凝胶法制备CaCu3Ti4-3/4zFezO12 (CCTFO)和Ca1-3/2xLaxCu3-y MgyTi4O12(CLCMTO)前驱粉体,以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体采用球磨共混法热压制备CaCu3Ti4-3/4zFezO12(CCTFO)/PVDF和Ca1-3/2xLaxCu3-yMgyTi4O12(CLCMTO)/PVDF复合材料,考察掺杂量和前驱粉体填充质量对复合材料微观结构和介电性能的影响。结果表明:当前驱粉体填充质量增加到50%时,复合材料出现团聚现象。复合材料的介电常数和介电损耗均随填料含量的增加而升高,Fe掺杂后虽然不能提高复合材料的介电常数,但能降低中到高频段的介电损耗,La、Mg双掺杂不仅可以提高介电常数还可以降低介电损耗。     

超声波促进SiO_2-环氧杂化树脂的合成及表征

在醇水混合溶剂中利用超声波促进气相白炭黑表面接枝环氧硅氧烷,制备纳米SiO_2-环氧杂化树脂。以激光粒径分析仪、红外光谱、热重分析、旋转黏度计、高氯酸环氧测定法表征合成产物。研究环氧硅氧烷/气相SiO_2质量比及超声时间对产物环氧值及接枝效率的影响。超声波能有效打开白炭黑的次级粒子,经原生粒子表面羟基的缩合反应,接枝环氧基团;杂化树脂的环氧值随环氧硅氧烷/气相SiO_2质量比、超声时间的延长而增加;在8%硅氧烷溶液于70℃超声处理20 min,接枝效率达72%,SiO_2表面羟基接枝率为17%;平均每颗SiO_2粒子表面接枝8×103个环氧基,得环氧值为0.02的杂化树脂。接枝的环氧基团可有效减小气相SiO_2的触变性。     

添加PVDF粒子的Ni-P化学复合镀层的耐腐蚀性能

单一镀层难以满足实际要求,复合镀层则可以在较苛刻的条件下服役.在化学镀Ni-P合金镀液中添加聚偏象二乙烯(PVDF)粒子制得了Ni-P/PVDF复合镀层,研究了复合镀层的形貌,并探讨了PVDF的添加量对镀层耐腐蚀性能的影响.结果表明:基拙镀液中加入PVDF粒子后,获得的Ni-P/PVDF复合镀层表面均匀、致密,耐蚀性优于基材和Ni-P合金镀层;随着PVDF添加量的增加,Ni-P/PVDF复合镀层的耐蚀性先增强后减弱,当PVDF的添加量为3.0g/L时,复合镀层的耐蚀性最好.     

铁粉粒径和硅树脂含量对铁基复合磁粉芯软磁性能的影响

将不同粒径铁粉颗粒和适量高温硅树脂进行充分混合,在铁粉颗粒表面上均匀包覆一层硅树脂,采用粉末压实成型工艺将铁粉-硅树脂复合粉末制备成致密的铁基复合磁粉芯。系统研究铁粉粒径和硅树脂包覆量对磁粉芯密度及软磁性能的影响,探索最佳铁粉粒径大小和硅树脂包覆量。研究表明,在相同粒径下,磁粉芯的密度、涡流损耗和磁感应强度均随硅树脂包覆量增加而降低。在相同硅树脂包覆量下,磁粉芯的密度和涡流损耗随粒径增大而增加,磁滞损耗却随着粒径增大而降低。在平均粒径为120μm的铁粉表面上均匀包覆0.5%硅树脂可制备出高密度、低损耗和较高磁感应强度的复合磁粉芯,在大功率条件下,较好软磁性能参数为Ps(B=1T,f=400Hz)=69 W/kg,B4k(H=4000A/m)=0.96T。     

SiO_2颗粒对碳钢表面电化学特性的影响

应用阵列电极技术、电化学阻抗技术等研究了惰性固体颗粒SiO_2对碳钢表面电化学特性的影响。研究发现,液滴在碳钢表面的铺展因子随SiO_2沉积量增加而增大,腐蚀活性区域增加。另一方面SiO_2颗粒在碳钢表面的沉积改变了液滴下碳钢电化学阻抗谱图,阻抗谱中出现两个容抗弧,高频容抗弧反映了其物理阻挡作用。液滴下碳钢腐蚀受液滴铺展和SiO_2颗粒物理阻挡两方面共同作用。平均电流值随SiO_2沉积量先减小后增大,所以SiO_2沉积量存在一个临界值。低于临界值时,惰性SiO_2颗粒阻碍腐蚀;高于临界值时,则加速腐蚀。     

导电导磁改性短碳纤维的制备及电磁特性的研究

对短碳纤维进行氧化处理后,采用原位氧化沉淀聚合法使苯胺/磁流体或者苯胺/磁粉在其表面进行包覆反应,制备出具备有一定长径比的导电导磁改性短碳纤维.采用扫描电镜、X射线能谱及X射线衍射对改性碳纤维的形貌、化学组成进行了分析,利用PNA-LN5230A微波网络测试仪测定了其在频率2GHz以下的复介电常数和复磁导率,对比分析了两种不同方法制备的改性碳纤维的电磁参数以及2mm厚度下的吸收损耗.结果表明:聚苯胺/磁流体包覆的碳纤维(改性SCF-A)包覆层完整、致密,Fe含量为2.86at%;聚苯胺/磁粉包覆碳纤维(改性SCF-B)的包覆层外观完整、比较松散,Fe含量为3.12at%.改性SCF-A的复介电常数的实部大于改性SCF-B,但其虚部则小于改性SCF-B;改性SCF-B的复磁导率整体大于改性SCF-A.在频率2GHz以下,改性SCF-A的最大吸收损耗为3.06dB,改性SCF-B的最大吸收损耗为4.14dB.     

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。