阻抗渐变低介电BaTiO_3/PVDF复合纤维膜的设计与电纺制备

阻抗渐变材料在医用可穿戴设备中起着重要作用。为了实现不同材料之间的相互匹配特性,低介电阻抗渐变材料的研究尤为重要。利用静电纺丝的方法,设计制备了具有阻抗渐变性的低介电钛酸钡(BaTiO3)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合纤维膜。结果表明:BaTiO3纳米粒子可在纤维网络中均匀分布,通过调节其质量分数,能够有效调节BaTiO3/PVDF复合纤维膜的介电常数在1~7的范围内,BaTiO3/PVDF复合纤维膜对不同的电场频率具有不敏感性。BaTiO3/PVDF复合纤维膜还具有良好的力学性能,能够有效满足可穿戴设备的材料需求。     

纳米Al_2O_3/聚酰亚胺复合薄膜的介电与力学性能

采用原位聚合与热亚胺化的方法,成功制备了一系列不同纳米Al_2O_3粒子质量分数的纳米Al_2O_3/聚酰亚胺(PI)复合薄膜。通过SEM、TEM、XRD、FTIR、LCR数字电桥、高压电源及电子万能材料试验机对纳米Al_2O_3/PI复合薄膜的微观结构、介电性能及力学性能进行了表征和测试。结果表明:纳米Al_2O_3粒子在均匀地分散在PI基体中;当纳米Al_2O_3粒子质量分数为8%时,纳米Al_2O_3/PI复合薄膜的击穿强度和拉伸强度均达到了最大值;纳米Al_2O_3/PI复合薄膜的介电常数随纳米Al_2O_3质量分数的增加而增加。     

纳米氢氧化镧/聚酰亚胺复合超薄膜的制备、表征及其性能

本研究采用水热法合成纳米级氢氧化镧晶体(nano-La(OH)₃),并对其微观结构进行了测试分析。利用nano-La(OH)₃表面的羟基可与聚酰胺酸(PAA)中的羰基发生缩合反应的原理,通过旋涂法及热亚胺化制得nano-La(OH)₃/聚酰亚胺(PI)复合超薄膜。对nano-La(OH)₃/PI复合超薄膜进行结构表征及性能测试。结果表明：nano-La(OH)₃/PI复合超薄膜无色、透明,厚度约为1.66μm;薄膜表面十分平坦,表面均方粗糙度为5.85;nano-La(OH)₃均匀分布在薄膜中。超薄膜介电常数为4.63,高于纯PI(约3.20)的介电常数,在太阳能电池底板、微型存储器、智能皮肤等方面具有应用潜力。     

SiO_2表面包覆改性钛酸钡/聚酰亚胺复合薄膜的制备与性能

以聚酰亚胺(PI)为基体,将聚酰亚胺与钛酸钡(BaTiO3)纳米粒子进行复合,采用原位聚合法制备BaTiO3/PI复合薄膜。为提高BaTiO3纳米粒子的分散性和表面性能,采用SiO2对BaTiO3纳米粒子进行表面包覆改性,并制备改性BaTiO3/PI复合薄膜。采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜等对制备得到的改性BaTiO3进行了表征,测试了复合薄膜的介电性能。结果发现,SiO2与BaTiO3粒子间仅是物理包覆,没有新物质形成。测试频率为103 Hz时,质量分数为5%的SiO2包覆改性使复合薄膜的介电常数增大到21.8,介电损耗为0.00521,击穿强度为76 MV/m,储能密度为0.56J/cm3。研究表明,采用SiO2对BaTiO3改性使得复合薄膜的介电性能有所提高。     

核-双壳BT@TiO_(2)@PDA纳米粒子的制备及其复合薄膜的介电性能EI北大核心CSCD

为改善聚酰亚胺(PI)基复合薄膜界面相容性,达到提高其介电性能的目的,利用钛酸正丁酯的水解反应在钛酸钡纳米粒子(BT)表面包覆水合TiO_(2)。采用聚多巴胺(PDA)进一步包覆改性粒子,制备出具有核-双壳结构的钛酸钡纳米粒子(BT@TiO_(2)@PDA)。利用核-双壳结构形成双重梯度缓冲层,减小高介电钛酸钡纳米粒子和低介电聚合物之间由于介电常数差异造成的电场畸变。通过溶液流延法制备一系列含有不同质量分数的改性钛酸钡/聚酰亚胺复合薄膜(BT@TiO_(2)@PDA/PI)。结果表明:核-双壳结构可以改善钛酸钡纳米粒子在聚酰亚胺基体中的分散性及二者的界面相容性。当填料质量分数为40%时,BT@TiO_(2)@PDA/PI复合薄膜的介电常数κ提高到8.8(1 kHz),约为纯聚酰亚胺的2.7倍,为钛酸钡/聚酰亚胺复合薄膜(BT/PI)的1.4倍。介电-温度和介电-频率测试证实,BT@TiO_(2)@PDA/PI复合薄膜具有良好的温度和频率稳定性。在100 kHz的频率范围内,复合薄膜的介电损耗均小于0.010;当填料的质量分数低于40%时,温度从25℃增加到160℃,复合薄膜介电常数的降低数值均不超过0.6(1 kHz)。     

黏附和介电特性对PDMS-xBaTiO_3复合薄膜摩擦起电性能的影响

针对摩擦纳米发电机输出性能低导致实际应用受限的问题,通过在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中添加不同质量分数的BaTiO_3纳米颗粒,制备PDMS-xBaTiO_3复合薄膜(x=0%,10%,15%,20%和30%)。在接触分离模式的摩擦纳米发电机中,分别研究复合薄膜的表面黏附和介电特性对薄膜摩擦起电性能的影响。结果表明,相比PDMS薄膜,添加BaTiO_3的复合薄膜摩擦起电性能提高1倍以上;当BaTiO_3的质量分数≤15%时,摩擦起电性能会随着介电常数的增加而增大;当BaTiO_3的质量分数为20%时,尽管介电常数进一步增加,但此时表面黏附力最小,复合薄膜的摩擦起电性能下降;当BaTiO_3的质量分数为30%时,由于纳米颗粒的团聚导致复合薄膜的摩擦起电性能进一步降低。     

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。     

BaTiO_3@Cu核-壳复合粒子电/磁双响应性能

以平均粒径约为500nm的BaTiO_3微球为基核,通过"一步法"成功地制备了BaTiO_3@Cu核-壳复合粒子。利用SEM、TEM、XPS、介电测量分析仪和阻抗分析仪等对复合粒子的组成、结构、介电性能和磁性能进行测定。另外将纯BaTiO_3和BaTiO_3@Cu核-壳复合粒子分别分散到水凝胶中,通过测量和分析在有/无电场、磁场和电磁复合场作用下得到的水凝胶的储能模量,考察粒子在水凝胶中的电、磁和电磁响应性能。结果表明,BaTiO_3@Cu复合粒子具有完整清晰的核-壳结构,在整个表面壳层铜元素中,Cu(0)的原子分数达到了90at%,具有优良的介电性能和磁性能。BaTiO_3@Cu核-壳复合粒子是一种对外加电场和磁场作用都具有响应性能的多功能新型智能材料,且其电磁复合响应性能显著强于纯BaTiO_3粒子。     

新型纳米ZrO2/聚酰亚胺复合超薄膜的制备表征及其介电性能

以油酸为有机配体,采用两相方法合成了油溶性的超小尺寸纳米晶体纳米ZrO₂（nano ZrO₂）,并对nano ZrO₂表面包覆的油酸改性使纳米晶体与聚酰胺酸（PAA）接枝,通过旋膜法热亚胺化后形成nano ZrO₂/聚酰亚胺（PI）复合超薄膜。利用TEM、XRD、FTIR和SEM等对nano ZrO₂及nano ZrO₂/PI复合超薄膜进行表征,并对nano ZrO₂/PI复合超薄膜的介电性能进行了探究。结果显示,nano ZrO₂尺寸均一（5.0 nm左右）,为锐钛矿晶型,其晶体结构和尺寸不受改性接枝影响。nano ZrO₂在复合超薄膜中分散良好。电学研究表明,复合超薄膜的介电性能受nano ZrO₂与PAA质量比及制膜热亚胺化温度的影响。当PAA∶ZrO₂质量比为2∶3、热亚胺化温度为320℃时,介电常数达到最大,几乎是纯PI薄膜的2倍。两相法-改性接枝-热亚胺化制备PI复合超薄膜的方法简单高效,能够避免无机粒子在PI基体内的团聚并提高介电性能,对于PI基复合薄膜的制备、应用及推广具有重要意义。     

碳管长径比对MWNTs/PI复合薄膜介电性能的影响

采用混酸氧化法处理多壁碳纳米管(MWNTs),在不同处理时间下得到不同长径比的碳纳米管,并通过扫描电镜(SEM)对碳纳米管的形貌进行观察。以不同长径比的碳纳米管掺杂改性MWNTs/PI复合薄膜。运用体积排斥理论和渗滤理论预测分析了碳纳米管长径比对MWNTs/PI复合薄膜渗流阈值和介电常数的影响,并实测了MWNTs/PI复合薄膜的渗流阈值和介电常数,分析了理论预测与实测结果差异的原因。     

BaTiO3纳米线的制备及其复合物介电和储能性能研究

采用两步水热法合成钛酸钡(BaTiO₃)纳米线, 并以此为填充物, 聚偏氟乙烯六氟丙烯(P(VDF-HFP))为聚合物基体制备介电复合物, 研究不同含量BaTiO₃纳米线对复合物的介电及储能性能的影响。采用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、阻抗分析仪和铁电工作站等表征BaTiO₃纳米线及其复合物的物相、微观结构、介电和储能性能。结果表明: BaTiO₃纳米线具有典型的四方相, 且在聚合物基体中具有良好的分散性与相容性。相同频率下, 复合物的介电常数随着BaTiO₃纳米线含量的增加而增加。含量为20vol%的复合物, 在1 kHz频率下其介电常数取得最 大值30.69。含量为5vol%的复合物, 在场强为240 kV/mm时, 获得了最大的储能密度与放电能量密度, 分别为4.89和2.58 J/cm³。     

五层纳米SiO2-Al2O3/聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能

采用浸胶法制备了一系列SiO₂-Al₂O₃/聚酰亚胺（SiO₂-Al₂O₃/PI）五层耐电晕薄膜A_m A_n PA_n A_m,其中中间层（P）为纯PI薄膜,外层（A_m）、次外层（A_n）分别为SiO₂-Al₂O₃掺杂不同质量分数的纳米SiO₂-Al₂O₃/PI薄膜。采用TEM、FTIR、宽频介电谱仪、电导电流测试仪、耐电晕测试仪、介电强度测试仪和拉伸实验机对五层纳米复合PI耐电晕薄膜的微观结构、介电性能和力学性能进行了表征和测试。结果表明,SiO₂-Al₂O₃/PI复合薄膜掺杂层形成了分布均匀的有机/无机复合结构;SiO₂-Al₂O₃纳米粒子的保护作用是影响复合材料耐电晕性能的主要因素,复合薄膜A₃₂A₁₆PA₁₆A₃₂的耐电晕寿命最大,为23.4 h;外层掺杂量对五层SiO₂-Al₂O₃/PI复合材料的介电强度影响较大,复合薄膜A₂₀A₂₈PA₂₈A₂₀的介电强度最大,为302.3 kV/mm;通过对五层复合结构的设计,可以在兼顾材料力学性能的同时,提高其耐电晕寿命和介电强度。     

核-壳结构界面对纳米Ag掺杂BaTiO3@PDA/P(VDF-HFP)复合膜介电和储能性能影响

为改善聚偏氟乙烯（PVDF）基复合材料界面相容性,提高其电性能,利用聚多巴胺（PDA）成功包覆了纳米钛酸钡（BaTiO₃）,并引入纳米Ag离子制备出具有核-壳结构的Ag镶嵌BaTiO₃@PDA-Ag颗粒。以介电聚合物聚偏氟乙烯-六氟丙烯（P（VDF-HFP））为基体,采用溶液流延法制备了BaTiO₃@PDA-Ag/P（VDF-HFP）复合材料厚膜。利用FTIR和XPS验证了BaTiO₃@PDA-Ag/P（VDF-HFP）复合材料结构和形貌,并用宽频介电频谱仪和铁电测试仪分别比较了PDA包覆前后的不同BaTiO₃含量的BaTiO₃@PDA-Ag/P（VDF-HFP）复合膜在低电场下的介电性能和高电场下的电极化性能。结果表明,BaTiO₃@PDA-Ag质量分数为20wt%的BaTiO₃@PDA-Ag/P（VDF-HFP）复合膜在10 Hz下介电常数（ε_r）达到了25,介电损耗（tanδ）仅为0.1,在175 M·Vm-1电场下电极化强度（D_m）为6.2 μC·cm-2,200 M·Vm-1时储能密度（U_e）达到了6.9 J·cm-3,高于其它界面未处理复合膜。以上结果可为此类介电复合材料界面结构处理和电性能研究提供参考。      

添加BaTiO3的热压烧结Si3N4陶瓷的力学和介电性能

本研究以Al₂O₃和Nd₂O₃为烧结助剂, 采用热压烧结法制备Si₃N₄陶瓷, 系统研究了添加BaTiO₃对Si₃N₄陶瓷力学和介电性能的影响。研究结果表明, 随着BaTiO₃含量的增加, 相对密度、抗弯强度和维氏硬度都随之降低, 而断裂韧性有所升高; 即使添加5wt%~20wt%的BaTiO₃, Si₃N₄陶瓷的抗弯强度依然可以保持在600 MPa以上。Si₃N₄陶瓷的介电常数可以提高到9.26~11.50, 而介电损耗保持在10^-3量级。在Si₃N₄陶瓷中未检测到BaTiO₃结晶相, 可以认为Si₃N₄陶瓷介电常数的提高主要来源于烧结过程中形成的TiN。这些结果有助于拓展Si₃N₄陶瓷的应用领域。     

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。      

多巴胺改性BaTiO_3对BaTiO_3/PVDF复合材料击穿场强的影响

为了提高BaTiO3/PVDF复合材料的击穿场强。首先,利用多巴胺对BaTiO3进行表面功能化处理,得到多巴胺改性的BaTiO3(Dopa@BaTiO3);然后,将其与聚偏氟乙烯(PVDF)混合,采用液相浇铸法制得Dopa@BaTiO3/PVDF复合材料;最后,测量了不同Dopa@BaTiO3添加量的Dopa@BaTiO3/PVDF复合材料的击穿场强和介电性能。结果表明:与改性前的BaTiO3/PVDF复合材料相比,Dopa@BaTiO3/PVDF复合材料在击穿场强显著提高的同时,介电常数基本保持不变;当Dopa@BaTiO3添加量为3vol%时,击穿场强为210kV/mm,比改性前的复合材料的提高了78%;当Dopa@BaTiO3添加量为10vol%时,击穿场强为180kV/mm,比改性前的合材料的提高了88%。研究解决了BaTiO3/PVDF复合材料击穿场强较低的问题,可为同时提高复合材料的介电常数和击穿场强提供参考。     

BaTiO3陶瓷的低温冷烧结制备及性能研究

近年来, 冷烧结低温制备陶瓷引起了很大关注, 并在BaTiO₃陶瓷的制备上取得了一定进展。为了提高冷烧结BaTiO₃陶瓷性能, 本研究采用水热法制备了分散性好、粒径为100 nm的四方相(晶格参数c/a为1.0085) BaTiO₃粉末。采用0.1 mol/L的乙酸在100 ℃/1 h的条件下对粉末进行水热活化处理。以质量分数10% Ba(OH)₂·8H₂O为熔剂, 在350 MPa、400 ℃/1 h的条件下对粉体进行冷烧结, 最后经600 ℃/0.5 h退火获得了相对密度为96.62%、晶粒尺寸为180 nm, 常温介电(ε_r)为2836, 介电损耗(tanδ)低至0.03的BaTiO₃陶瓷。乙酸处理后高活性粉末表面形成的非晶钛层有效促进了陶瓷的致密化, 抑制了杂相的生成和晶粒长大, 提高了介电性能, 大幅改善了冷烧结BaTiO₃陶瓷出现的介电弥散现象, 从而实现了BaTiO₃陶瓷的低温冷烧结制备。     

Dielectric spectroscopy of Nano BaTiO/sub 3/ confined in MCM-41 mesoporous molecular sieve materials

Dielectric properties of barium titanate (BaTiO₃) particles, synthesized directly in the pores of MCM-41 materials, have been investigated in the frequency range from 20 Hz to 1 MHz for temperature intervals from 100 K to 500 K. The dielectric spectra of BaTiO₃ confined in these molecular sieves were compared with the results obtained from the investigation of pure MCM-41 materials. Obtained results confirmed successful incorporation of BaTiO₃ into porous matrix, but no phase transition from paraelectric to ferroelectric phase was observed due to the particle size being smaller than the critical size. Also, the overall dielectric response of investigated materials is strongly influenced by adsorbed water molecules