Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Anvendelse av et koblingsmiddel for å forbedre de dielektriske egenskapene til polymerbaserte nanokompositer

Published: September 19, 2020 doi: 10.3791/60916
Automatic Translation
1,2,3, 4, 4, 5, 1, 1,2
1Taiyuan University of Science and Technology, 2Heavy Machinery Engineering Research Center of the Ministry of Education, 3Laboratory of Magnetic and Electric Functional Materials and Applications, The Key Laboratory of Shanxi Province, 4Beijing Institute of Aerospace System Engineering, 5Department of Electrical and Information Engineering, Sichuan College of Architectural Technology

Summary

Her demonstrerer vi en enkel og rimelig løsningsstøpingsprosess for å forbedre kompatibiliteten mellom fyllstoffet og3 matrisen av polymerbaserte nanokompositer ved hjelp av overflatemodifiserte BaTiO 3-fyllstoffer, noe som effektivt kan forbedre energitettheten til komposittene.

Abstract

I dette arbeidet ble en enkel, rimelig og allment anvendelig metode utviklet for å forbedre kompatibiliteten mellom de keramiske fyllstoffene og polymermatrisen ved å legge til 3-aminopropyltrietoksysilan (KH550) som koblingsmiddel under fabrikasjonsprosessen av BaTiO3-P (VDF-CTFE) nanokompositer gjennom løsningsstøping. Resultatene viser at bruken av KH550 kan endre overflaten av keramiske nanofillers; Derfor ble god fuktbarhet på keramikk-polymer-grensesnittet oppnådd, og de forbedrede energilagringsytelsene ble oppnådd av en passende mengde koblingsmiddel. Denne metoden kan brukes til å forberede fleksible kompositter, noe som er svært ønskelig for produksjon av høyytelses film kondensatorer. Hvis en overdreven mengde koblingsmiddel brukes i prosessen, kan det ikke-vedlagte koblingsmiddelet delta i komplekse reaksjoner, noe som fører til en reduksjon i dielektrisk konstant og en økning i dielektrisk tap.

Introduction

Dielektrierne som brukes i elektriske energilagringsenheter er hovedsakelig preget ved hjelp av to viktige parametere: dielektrisk konstant (εr) og nedbrytningsstyrken (Eb)1,2,3. Generelt viser organiske materialer som polypropylen (PP) en høy Eb (~ 102 MV / m) og en lav εr (for det meste <5)4,5,6 mens uorganiske materialer, spesielt ferroelektriske som BaTiO3,viser en høy εr (103-104) og en lav Eb (~ 100 MV / m)6,7,8. I noen applikasjoner er fleksibilitet og evnen til å tåle høye mekaniske støt også viktig for å fremstille dielektriske kondensatorer4. Derfor er det viktig å utvikle metoder for å forberede polymerbaserte dielektriske kompositter, spesielt for utvikling av rimelige metoder for å skape høyytelses 0-3 nanokompositer med høy εr og Eb9,,10,,11,12,13,14,15,16,17,18. For dette formålet er forberedelsesmetoder basert på ferroelektriske polymermatriser som polarpolymeren PVDF og dens korrelerte copolymerer allment akseptert på grunn av deres høyere εr (~ 10)4,,19,,20. I disse nanokomposites, partikler med høy er, spesielt ferroelektrisk keramikk, har blitt mye brukt somfyllstoffer 6,20,21,22,23,24,25.

Ved utvikling av metoder for produksjon av keramiske polymerkompositter, er det en generell bekymring for at dielektriske egenskaper kan påvirkes betydelig av fordelingen av fyllstoff26. Homogeniteten til dielektriske kompositter bestemmes ikke bare av preparatsmetodene, men også av fuktbarheten mellom matrisen og fyllstoffene27. Det har blitt bevist av mange studier at ikke-ensartethet av keramiske polymer kompositter kan elimineres av fysiske prosesser som spin-belegg28,,29 og hot-pressing19,26. Imidlertid endrer ingen av disse to prosessene overflateforbindelsen mellom fyllstoffer og matriser; Derfor er komposittene utarbeidet av disse metodene fortsatt begrenset i å forbedre εr og Eb19,27. I tillegg, fra et produksjonssynspunkt, er ubeleilige prosesser uønskede for mange applikasjoner fordi de kan føre til mye mer komplekse fabrikasjonsprosesser28,,29. I denne forbindelse er det nødvendig med en enkel og effektiv metode.

For tiden er den mest effektive metoden for å forbedre kompatibiliteten av keramiske polymer nanokompositer basert på behandling av keramiske nanopartikler, som endrer overflatekjemien mellom fyllstoffer og matriser30,,31. Nyere studier har vist at koblingsmidler lett kan belagt på keramiske nanopartikler og effektivt endre fuktbarheten mellom fyllstoffer og matriser uten å påvirke støpeprosessen32,,33,,34,,35,,36. For overflatemodifisering er det allment akseptert at for hvert komposittsystem er det en passende mengde koblingsmiddel, noe som tilsvarer en maksimal økning i energilagringstetthet37; overflødig koblingsmiddel i kompositter kan føre til en nedgang i ytelsen tilprodukter 36,37,38. For dielektriske kompositter ved hjelp av nano-størrelse keramiske fyllstoffer, spekuleres det i at effektiviteten av koblingsmiddel hovedsakelig avhenger av overflaten av fyllstoff. Den kritiske mengden som skal brukes i hvert nanostørrelsessystem er imidlertid ennå ikke bestemt. Kort sagt, videre forskning er nødvendig for å bruke koblingsmidler for å utvikle enkle prosesser for produksjon av keramiske polymer nanokompositer.

I dette arbeidet ble BaTiO3 (BT), det mest studerte ferroelektriske materialet med høy dielektrisk konstant, brukt som fyllstoff, og P(VDF-CTFE) 91/9 mol% copolymer (VC91) ble brukt som polymermatrise for fremstilling av keramiske polymerkompositter. For å endre overflaten av BT nanofillers, ble den kommersielt tilgjengelige 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) kjøpt og brukt som koblingsmiddel. Den kritiske mengden nanokompositsystem ble bestemt gjennom en rekke eksperimenter. En enkel, rimelig og allment anvendelig metode er demonstrert for å forbedre energitettheten til komposittsystemer i nanostørrelse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Overflatemodifisering av BT-fyllstoffer

  1. Forbered 20 ml KH550-løsning (1 wt% KH550 i 95 wt% etanol-vannløsningsmiddel) og ultrasonicate i 15 min.
  2. Veie BT nanopartikler (det vil si fyllstoffet) og KH550, henholdsvis slik at fyllstoff kan belagt med 1, 2, 3, 4, 5 wt% av koblingsmiddelet. Behandle 1 g BT nanopartikler i 1.057, 2.114, 3.171, 4.228 og 5.285 ml KH550 løsning ved 30 min ultralydbehandling.
  3. Fordampe vann-etanol løsemiddel fra blandingen ved 80 °C i 5 timer og deretter ved 120 °C i 12 timer i en vakuumovn.
  4. Bruk de tørre BT nanopartikler som overflaten modifisert fyllstoff for å forberede BT-VC91 nanokompositer.

2. Utarbeidelse av BT-VC91 nanokompositer

  1. Oppløs 0,3 g VC91 pulver i 10 ml N,N-dimetylformamid (DMF) ved romtemperatur ved magnetisk omrøring i 8 timer for å oppnå en homogen VC91-DMF-løsning.
  2. Legg til 0.0542, 0.1145, 0.1819, 0.2578, 0.3437 og 0.4419 g BT nanopartikler i 10 ml VC91-DMF-løsning for å få en endelig BT-prosentandel på 5, 10, 15, 20, 25 og 30 vol% i nanokompositene. Bland BT nanopartikler ved magnetisk omrøring i 12 timer og ultralydbehandling i 30 min for å danne en homogen BT-VC91-DMF suspensjon.
    MERK: Både de umodifiserte BT- og BT nanopartikler belagt med koblingsmiddelet brukes.
  3. Kast fjæringen ved å helle BT-VC91-DMF jevnt på et forvarmet 75 mm x 25 mm glasssubstrat (3 ml per substrat). Hold glasssnedlene med suspensjoner i ovnen ved 70 °C i 8 timer for å fordampe DMF-løsningsmidlet for å danne komposittfilmer.
  4. Slipp komposittene fra glassunderstrater ved hjelp av skarpe pinsett for å få frittstående BT-VC91-filmer. Anneal filmene på et forvarmet støvfritt papir ved 160 °C i luft i 12 timer.

3. Karakterisering og måling

  1. Karakterisere morfologien og ensartetheten til nanokompositer ved hjelp av et skanneelektronmikroskop (SEM). For å gjøre dette, frys BT-VC91 prøver i flytende nitrogen og bryte for å vise frisk tverrsnitt med en omtrentlig størrelse på 5 mm x 30 μm (det vil si keramikk-polymer grensesnitt). Deretter belegge den ene siden av tverrsnittet med et gulllag med en tykkelse på 3-5 nm og karakterisere komposittstrukturen ved hjelp av en SEM (Table of Materials).
  2. Ved hjelp av en gullbelegger (Table of Materials), sputter gull lag med en positiv sirkel form, en diameter på 3 mm, og en tykkelse på ~ 50 nm på begge sider av nanocomposite utarbeidet fra trinn 2 for å danne elektroden for impedans testing.
  3. Karakteristikk kapasitans og dielektrisk tap av nanokompositer over et frekvensområde fra 100 Hz til 1 MHz ved hjelp av en impedansanalysator (Table of Materials) med Cp-D-funksjonen. I testingen, koble gull lag på begge sider av komposittfilmen med de to polene av ligaen.
  4. Beregn dielektrisk konstant (εr) av nanokompositer fra kapasitansen oppnådd ved impedansanalysator ved hjelp av parallell kondensatormodell:

    εr = dCp/ε0A

    hvor ε0 = 8,85 x 10-12, A er området av gullelektroder, d er tykkelsen på prøven, og Cp er parallell kapasitans oppnådd ved å koble gullelektrodene med armaturen av impedansanalysator.
  5. Karakterisere nedbrytningsstyrken til nanokompositer ved hjelp av en 10 kV høyspenningsleverandør (Materials tabell). Øk det brukte elektriske feltet jevnt og kontinuerlig til nedbrytingen av hver prøve.
  6. Karakterisere polarisering-elektrisk (P-E) felt hysteresis loop av nanocomposites ved hjelp av en ferroelektrisk tester. Registrer P-E-løkkene på hvert elektriske felt samtidig som det øker det elektriske feltet kontinuerlig.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De frittstående nanokompositfilmene med forskjellig innhold av fyllstoff ble med hell fabrikkert som beskrevet i protokollen, og ble merket som xBT-VC91, hvor x er volumprosenten av BT i komposittene. Effekten av KH550 (koblingsmiddel) på morfologi og mikrostruktur av disse BT-VC91 filmene ble studert av SEM og vist i figur 1. SEM-bildene av 30BT-VC91 nanokompositer med 1 og 5 wt% koblingsmiddel er vist i figur 1a og figur 1b. Fyllstofffordelingen av BT-VC91 nanokompositer med 1 wt% KH550 er mye tyngre og mer ensartet enn bt-VC91 nanokomposites med 5 wt% KH550, noe som tyder på at keramiske nanopartikler behandlet med en passende mengde koblingsmiddel kan fordeles jevnt i nanosammensetningene under støping, mens den store mengden koblingsmiddel kan forårsake interaksjoner mellom keramiske nanopartikler, og fører til aggregering av fyllstoffer. Bildet av tverrsnitt (det vil si det keramiske polymergrensesnittet) av 30BT-VC91 nanokompositer ved hjelp av mottatte (umodifiserte) BT fyllstoffer er vist i figur 1c, mens tverrsnittet av 30BT-VC91 nanokompositer som inneholder 1 wt% av KH550 er vist i figur 1d. For nanokompositene som bruker ubestrøket BT, selv om de fleste nanopartikler er tett innkapslet i polymer, er det fortsatt noe separasjon mellom fyllstoffer og matrise, noe som betyr at det ikke er noen kobling mellom matrisen og fyllstoffene. For nanokompositene ved hjelp av KH550-belagt BT er det ingen separasjon mellom BT nanopartikler og VC91 matrise, noe som indikerer at koblingsmiddelet kan fungere som en bro mellom fyllstoff og matrise.

De dielektriske egenskapene til nanokompositer med forskjellige mengder koblingsmiddel ble deretter testet og vist i figur 2. Det dielektriske innholdet vs. mengde koblingsmiddel ved 1 kHz og 100 kHz ble plottet i figur 2a, b. For nanosammensetningene med lavt fyllstoffinnhold (det vil vil vil at 5, 10 og 15 vol%), varr komposittene i utgangspunktet uendret når en liten mengde koblingsmiddel brukes, og reduseres noe med den økende koblingsmiddelmengden. For nanokomposites med høyt fyllstoffinnhold, spesielt nanokomposites med et fyllstoffinnhold på 30 vol%, øker εr av komposittene åpenbart med en liten mengde koblingsmiddel, og reduseres kraftig med den ytterligere økende koblingsmiddelmengden. Når en passende mengde KH550 ble belagt på overflaten av BT filler, kunne maksimalt εr r oppnås. For eksempel ble en εr av 51 oppnådd fra 30BT-VC91 med 2 wt% av KH550 (Figur 2a), som er mye større enn for 30BT-VC91 uten KH550 (ca 40). I dette sammensatte systemet skyldes økningen av εr for nanokompositene med en liten mengde koblingsmiddel økningen av fuktbarhet på keramikk-polymergrensesnittet, og mulig percolation fra tilsetningsstoffene6,,10,,33; reduksjonen av εr for BT-VC91 ved hjelp av BT nanopartikler belagt med en stor mengde KH550 skyldes dannelsen av VC91-KH550 polymer blandinger med en lav dielektrisk konstant. Forskjellen i dielektriske egenskaper mellom lav fylling og høye fyllingsnanokompositer kan tilskrives den faktiske mengden KH550 som brukes i prøvepreparatet. Dielektrisk tap vs. mengde koblingsmiddel ved 1 kHz og 100 kHz ble plottet i figur 2c, d. BT-VC91 med KH550 har et høyere dielektrisk tap enn for BT-VC91 uten KH550.

Sammenbruddsstyrkene til BT-VC91 nanokompositer ble også registrert og vist i figur 3. For å fastslå den kritiske mengden av koblingsmiddelet, ble nedbrytningsstyrken kontra mengden koblingsmiddel og nedbrytingsstyrke vs. innhold av fyllstoff vist i henholdsvis figur 3a og figur 3b. Som forventet ble Eb av BT-VC91 redusert med økende fyllstoffinnhold (figur 3b) på grunn av dannelsen av keramikk-polymer-grensesnittet. En maksimal Eb på 30BT-VC91 ble observert for kompositter produsert ved hjelp av fyllstoff behandlet med 2 wt% KH550 ( Figur3b). Hvis det ble brukt et KH550-beløp som overstiger 2 wt %, ble Eb for BT-VC91 ytterligere redusert (figur 3a). Ved å legge til 2 wt% KH550, kan Eb av 30BT-VC91 økes til 200 MV / m.

Ladningseffektiviteten og utladningsenergitettheten til nanokompositer med forskjellig mengde koblingsmiddel ble beregnet ut fra deres P-E-løkker. Som et eksempel på den forbedrede energitettheten på grunn av bruk av koblingsmiddel, er energilagringsegenskapene til 15BT-VC91 med forskjellig mengde KH550 vist i figur 4. Maksimal energitetthet av BT-VC91 nanocomposites med en liten mengde koblingsmiddel (1 - 2 wt%) tilsynelatende økt sammenlignet med nanokompositer uten koblingsmiddel (figur 4b), som hovedsakelig kan tilskrives den forbedrede nedbrytningsstyrken og en relativt høy ladningseffektivitet (η). På grunn av høyere tap under høy elektrisk arkivert, η av BT-VC91 nanocomposites redusert ved relativt høye elektriske arkivert (Figur 4a). Legge til 1 - 2 wt% av KH550 økt η av nanocomposites under et fast elektrisk felt (Figur 4a), som ble tilskrevet den introduserte bro-linking effekten. Oppsummert, for nanokompositer tilberedt i dette arbeidet ved hjelp av BT nanopartikler med ~ 200 nm i diameter, er den kritiske mengden KH550 mindre enn 2 wt%.

Når det gjelder frekvensavhengigheten av dielektriske egenskaper, ble det også plottet εr og tanδ av nanokompositer versus testfrekvens. Som et eksempel er de dielektriske egenskapene til BT-VC91 med 1 wt% koblingsmiddel vist i figur 5, noe som indikerte at frekvensavhengighetene til dielektriske egenskaper (εr og tanδ) av alle BT-VC91 nanokompositer hovedsakelig ble bestemt av deres polymermatrise. Nanokompositene ble gradvis redusert med økende frekvens ( figur5a). Brunfargen ble gradvis redusert med frekvens ved lave frekvenser, men økte gradvis ved høye frekvenser (figur 5b).

Figure 1
Figur 1: SEM bilder av tverrsnitt. Filler distribusjon av (a) 30BT-VC91 med 1 wt% av KH550 og (b) 30BT-VC91 med 5 wt% av KH550. Keramisk-polymer grensesnitt av (c) 30BT-VC91 uten KH550 og (d) 30BT-VC91 med 1 wt% av KH550. Dette tallet er endret fra Tong et al.4. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: Dielektriske egenskaper av komposittermed forskjellig mengde koblingsmiddel (a ) εr ved 1 kHz og(b) εr ved 100 kHz; (c) tanδ ved 1 kHz og(d) tanδ ved 100 kHz. Dette tallet er endret fra Tong et al.4. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: Nedbrytningsstyrkene til nanokompositer med forskjellig mengde koblingsmiddel (a) Eb av BT-VC91 som en funksjon av KH550 beløp (b) Eb av BT-VC91 som en funksjon av fyllstoff innhold. Dette tallet er endret fra Tong et al.4. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 4
Figur 4: Energilagringsforestillinger av nanokompositer med forskjellig mengde koblingsmiddel (a) ladeutladningseffektivitet og (d) utslippsenergitetthet på 15BT-VC91 som en funksjon av KH550-mengde. Dette tallet er endret fra Tong et al.4. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 5
Figur 5: Frekvensavhengighet av de dielektriske egenskapene til nanokompositer (a) εr og(b) tanδ av BT-VC91 med 1 wt% av KH550. Dette tallet er endret fra Tong et al.4. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Som omtalt ovenfor, kan metoden utviklet av dette arbeidet med hell forbedre energilagringsytelsen til keramiske polymer nanokompositer. For å optimalisere effekten av en slik metode, er det viktig å kontrollere mengden koblingsmiddel som brukes i keramisk overflatemodifisering. For keramiske nanopartikler med en diameter på ~ 200 nm, ble det eksperimentelt fastslått at 2 wt% av KH550 kunne føre til en maksimal energitetthet. For andre sammensatte systemer kan denne konklusjonen brukes omtrent når fyllstoffene med diameteren er nær ~ 200 nm er vedtatt. Hvis fyllstoffer med en diameter mye større enn 200 nm brukes, bør den kritiske mengden bestemmes igjen gjennom en lignende serie eksperimenter.

Sammenlignet med andre arbeider som forsøkte å forbedre ensartethet og ytelse av dielektriske nanocomposites, metoden utviklet i dette arbeidet er mye enklere og har en lavere kostnad. I tillegg kan påføring av koblingsmiddelet kombineres med andre prosesser som spin-belegg og varmpressing. Overflatemodifiseringen av keramiske nanofyllstoffer vil bli mye brukt i produksjonen av ulike avanserte dielektriker i fremtiden.

Det må påpekes at anvendelsen av koblingsmiddel egentlig ikke endrer egenskapene til nanokompositer. Derfor avhenger effektiviteten av et koblingsmiddel i kompositt sterkt av valg av fyllstoffer og matriser, og metoden som foreslås her øker i energilagringsytelse bare i begrenset grad. For å utvikle dielektriske med en dramatisk økt energitetthet, må de nye komposittsystemene fortsatt opprettes.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av Taiyuan University of Science and Technology Scientific Research Initial Funding (20182028), doktorgradsstartgrunnlaget for Shanxi-provinsen (20192006), Natural Science Foundation of Shanxi Province (201703D111003), Science and Technology Major Project of Shanxi Province (MC2016-01), og Project U610256 støttet av National Natural Science Foundation of China.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3-Aminopropyltriethoxysilane (KH550) Sigma-Aldrich 440140 Liquid, Assay: 99%
95 wt.% ethanol-water Sigma-Aldrich 459836 Liquid, Assay: 99.5%
BaTiO3 nanoparticles US Research Nanomaterials US3830 In a diameter of about 200 nm
Ferroelectric tester Radiant Precision-LC100
Glass substrates Citoglas 16397 75 x 25 mm
Gold coater Pelco SC-6
High voltage supplier Trek 610D 10 kV
Impedance analyzer Keysight 4294A
N, N dimethylformamide Fisher Scientific GEN002007 Liquid
P(VDF-CTFE) 91/9 mol.% copolymer
Scanning Electron Microscopy (SEM) JEOL JSM-7000F
Vacuum oven Heefei Kejing Materials Technology Co, Ltd DZF-6020

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lines, M. E., Glass, A. M. Principles and applications of ferroelectrics and related materials. , Oxford University Press. (2001).
  2. Nalwa, H. S. Handbook of low and high dielectric permittivity materials and their applications, phenomena, properties and applications. , Academic. San Diego, CA. (1999).
  3. Kao, K. C. Dielectric phenomena in solids. , Academic Press. (2004).
  4. Tong, Y., Li, L., Liu, J., Zhang, K., Jiang, Y. Influence of coupling agent on the microstructure and dielectric properties of free-standing ceramic-polymer composites. Materials Research Express. 6 (9), 095322 (2019).
  5. Zhang, M., et al. Controlled functionalization of poly(4-methyl-1-pentene) films for high energy storage applications. Journal of Materials Chemistry A. 4 (13), 4797-4807 (2016).
  6. Zhang, L., Cheng, Z. Y. Development of polymer-based 0-3 composites with high dielectric constant. Journal of Advanced Dielectrics. 1 (04), 389-406 (2011).
  7. Barsoum, M., Barsoum, M. W. Fundamentals of ceramics. , CRC press. (2002).
  8. Jaffe, B. Piezoelectric ceramics. , Elsevier. (2012).
  9. Zhang, L., et al. All-organic dielectric nanocomposites using conducting polypyrrole nanoclips as filler. Composites Science Technology. 167, 285-293 (2018).
  10. Liao, X., et al. Flexible hdC-G reinforced polyimide composites with high dielectric permittivity. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 101, 50-58 (2017).
  11. Xu, W., et al. Highly foldable PANi@ CNTs/PU dielectric composites toward thin-film capacitor application. Materials Letters. 192, 25-28 (2017).
  12. Zhang, L., et al. Nano-clip based composites with a low percolation threshold and high dielectric constant. Nano Energy. 26, 550-557 (2016).
  13. Zhou, S., Zhou, G., Jiang, S., Fan, P., Hou, H. Flexible and refractory tantalum carbide-carbon electrospun nanofibers with high modulus and electric conductivity. Materials Letters. 200, 97-100 (2017).
  14. Zhang, L., Du, W., Nautiyal, A., Liu, Z., Zhang, X. Recent progress on nanostructured conducting polymers and composites: synthesis, application and future aspects. Science China Materials. 61 (3), 303-352 (2018).
  15. Xie, Y., Yu, Y., Feng, Y., Jiang, W., Zhang, Z. Fabrication of Stretchable Nanocomposites with High Energy Density and Low Loss from Cross-Linked PVDF Filled with Poly(dopamine) Encapsulated BaTiO3. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (3), 2995-3005 (2017).
  16. Zhang, L., Wu, P., Li, Y., Cheng, Z. Y., Brewer, J. C. Preparation process and dielectric properties of Ba0.5Sr0.5TiO3-P(VDF-CTFE) nanocomposites. Composite Part B: Engineering. 56, 284-289 (2014).
  17. Dang, Z. M., et al. Fundamentals, processes and applications of high-permittivity polymer-matrix composites. Progress in Materials Science. 57 (4), 660-723 (2012).
  18. Wu, P., et al. Effect of coupling agents on the dielectric properties and energy storage of Ba0.5Sr0.5TiO3/P(VDF-CTFE) nanocomposites. AIP Advances. 7 (7), 075210 (2017).
  19. Zhang, L., et al. Process and microstructure to achieve ultra-high dielectric constant in ceramic-polymer composites. Scientific Reports. 6, 35763 (2016).
  20. Lu, X., Tong, Y., Cheng, Z. Y. Fabrication and characterization of free-standing, flexible and translucent BaTiO3-P (VDF-CTFE) nanocomposite films. Journal of Alloys and Compounds. 770, 327-334 (2019).
  21. Goyal, R. K., Katkade, S. S., Mule, D. M. Dielectric, mechanical and thermal properties of polymer/BaTiO3 composites for embedded capacitor. Composites Part B: Engineering. 44 (1), 128-132 (2013).
  22. Pan, Z., et al. Fast discharge and highenergy density of nanocomposite capacitors using Ba0.6Sr0.4TiO3nanofibers. Ceramics International. 42 (13), 14667-14674 (2016).
  23. Hu, G., et al. Preparation and dielectric properties of poly(vinylidene fluoride)/Ba0.6Sr0.4TiO3 composites. Journal of Alloys and Compounds. 619, 686-692 (2015).
  24. Chen, Y., Chan, H. L. W., Choy, C. L. Nanocrystalline lead titanate and lead titanate/vinylidene fluoride-trifluoroethylene 0-3 nanocomposites. Journal of the American Ceramic Society. 81 (5), 1231-1236 (1998).
  25. Singh, P., Borkar, H., Singh, B. P., Singh, V. N., Kumar, A. Ferroelectric polymer-ceramic composite thick films for energy storage applications. AIP advances. 4 (8), 087117 (2014).
  26. Dang, Z., et al. Fundamentals, processes and applications of high-permittivity polymer-matrix composites. Progress in Materials Science. 57 (4), 660-723 (2012).
  27. Arbatti, M., Shan, X. B., Cheng, Z. Y. Ceramic-Polymer Composites with High Dielectric Constant. Advanced Materials. 19 (10), 1369-1372 (2007).
  28. Fan, B., Liu, Y., He, D., Bai, J. Achieving polydimethylsiloxane/carbon nanotube (PDMS/CNT) composites with extremely low dielectric loss and adjustable dielectric constant by sandwich structure. Applied Physics Letters. 112 (5), 052902 (2018).
  29. Liao, S., et al. A surface-modified TiO2 nanorod array/P(VDF-HFP) dielectric capacitor with ultra-high energy density and efficiency. Journal of Materials Chemistry C. 5 (48), 12777-12784 (2017).
  30. Mittal, K. L. Silanes and Other Coupling Agents. 3, CRC Press. (2004).
  31. Zhang, X., et al. Superior Energy Storage Performances of Polymer Nanocomposites via Modification of Filler/Polymer Interfaces. Advanced Materials Interfaces. 5 (11), 1800096 (2018).
  32. Yeh, J. M., et al. Thermal and optical properties of PMMA-titania hybrid materials prepared by sol-gel approach with HEMA as coupling agent. Journal of Applied Polymer Science. 94 (1), 400-405 (2004).
  33. Yang, C., Song, H. S., Liu, D. B. Effect of coupling agents on the dielectric properties of CaCu3Ti4O12/PVDF composites. Composites Part B: Engineering. 50, 180-186 (2013).
  34. Iijima, M., Sato, N., Lenggoro, I. W., Kamiya, H. Surface Modification of BaTiO3 Particles by Silane Coupling Agents in Different Solvents and Their Effect on Dielectric Properties of BaTiO3/Epoxy Composites. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 352 (1-3), 88-93 (2009).
  35. Zhang, Q., et al. Enhanced Dielectric Tunability of Ba0.6Sr0.4TiO3/Poly(vinylidene fluoride) Composites via Interface Modification by Silane Coupling. Agent. Composites Science and Technology. 129, 93-100 (2016).
  36. Dang, Z. M., Wang, H. Y., Xu, H. P. Influence of Silane Coupling Agent on Morphology and Dielectric Property in BaTiO3/Polyvinylidene fluoride Composites. Applied Physics Letters. 89 (11), 112902 (2006).
  37. Tong, Y., Zhang, L., Bass, P., Rolin, T. D., Cheng, Z. Y. Influence of silane coupling agent on microstructure and properties of CCTO-P(VDF-CTFE) composites. Journal of Advanced Dielectrics. 8 (02), 1850008 (2018).
  38. Shan, X. High dielectric constant 0-3 ceramic-polymer composites. , Auburn University. (2009).

Tags

Engineering dielektriske nanokompositer koblingsmiddel keramisk-polymer mikrostruktur frittstående
Anvendelse av et koblingsmiddel for å forbedre de dielektriske egenskapene til polymerbaserte nanokompositer
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Li, H., Zhang, D., Li, Z., Li, L.,… More

Li, H., Zhang, D., Li, Z., Li, L., Liu, J., Li, Y. Application of a Coupling Agent to Improve the Dielectric Properties of Polymer-Based Nanocomposites. J. Vis. Exp. (163), e60916, doi:10.3791/60916 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter