【編號】2023-36

【題名】核殼結(jié)構(gòu)SiCNWs@SiO₂/PVDF復(fù)合材料的制備與介電儲能特性

【作者】蘇宇，翁凌，王小明等

【機(jī)構(gòu)】哈爾濱理工大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院；哈爾濱理工大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院；哈爾濱理工大學(xué)工程電介質(zhì)及其應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

【刊名】材料導(dǎo)報(bào)（2023年11期）

【文摘】為了加速新能源電子器件向微型化和集成化的方向發(fā)展，提高電子器件內(nèi)部介電復(fù)合材料的性能至為重要，介電復(fù)合材料的介電性能和儲能性能直接影響電子器件的質(zhì)量，如何提高介電復(fù)合材料的介電性能和儲能性能等引起了研究者們的廣泛關(guān)注。以聚偏氟乙烯(PVDF)為基體，碳化硅納米線(SiCNWs)和核殼結(jié)構(gòu)碳化硅納米線@二氧化硅(SiCNWs@SiO₂)為填料,通過溶液共混相轉(zhuǎn)換法及熱壓工藝制備出一系列的SiCNWs/PVDF二元復(fù)合材料和SiCNWs@SiO₂/PVDF復(fù)合材料.探究介電納米填料的表面修飾對PVDF基復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、宏觀介電性能和儲能性能等的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,硅烷偶聯(lián)劑KH550成功改性SiCNWs;通過一步法熱氧化工藝成功制備出具有典型核殼結(jié)構(gòu)的SiCNWs@SiO₂納米線,SiO₂殼層的厚度隨著SiCNWs熱氧化時(shí)間的延長而增大,當(dāng)SiCNWs熱氧化時(shí)間為10 h,SiO₂殼層的厚度為6.5nm;采用相轉(zhuǎn)換法和熱壓處理成功制備一系列的SiCNWs/PVDF二元復(fù)合材料和SiCNWs@SiO₂/PVDF復(fù)合材料,SiCNWs和SiCNWs@SiO₂與PVDF基體成功復(fù)合;當(dāng)SiCNWs摻雜量較大時(shí),SiCNWs/PVDF二元復(fù)合材料出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象,核殼結(jié)構(gòu)SiCNWs@SiO₂納米線的引入,有效地提升納米填料在聚合物基體中的分散性.對比純PVDF,SiCNWs的引入大幅度提高了復(fù)合材料的介電常數(shù),但其介電損耗和電導(dǎo)率較大.將核殼結(jié)構(gòu)SiCNWs@SiO₂納米線嵌入PVDF基體中,使復(fù)合材料在保持高介電常數(shù)的同時(shí)不同程度地降低了介電損耗和電導(dǎo)率,同時(shí)復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度也有較大的提升。25％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))SiCNWs@SiO₂/PVDF(10h)復(fù)合材料在極限電場強(qiáng)度下獲得的最大放電能量密度分別為0.111 J/cm³,獲得的放電效率分別為53.06％,有效提升了復(fù)合材料的儲能性能。