大面积聚合物复合材料的介电储能性能研究

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目前电介质储能材料的研究往往都致力于获得较高的储能,忽视了应用中最为重要的一点,一种成熟应用材料的前提和根本是性能稳定。本文为了研究薄膜性能稳定性,制备出了大面积的复合薄膜。聚合物电介质储能材料往往由于介电常数的限制而得不到高储能,阻断了研究的脚步。为了获得高储能、高效率同时拥有良好的耐高温性的介电材料,本文以聚合物材料中拥有相对较高介电常数的PVDF为基底,添加耐高温的线性聚合物PMMA、ABS制备成复合材料。PMMA与ABS的加入使得复合材料在具有高介电的同时具有较高效率以及一定的耐高温性,迎合当代高温需求条件下工作的电子元件,如混合动力汽车中逆变器。本文从三方面研究复合薄膜电性能的稳定性,并从叠层陶瓷电容器中构思设计出一种叠层薄膜电容器,具有体积小重量轻的特点。主要研究如下:1、在高介电的PVDF中添加聚合物PMMA,以一定体积分数混合得到复合材料流延出大面积的复合薄膜。与流延出的大面积PVDF薄膜性能比较分析,发现复合薄膜的储能效率得到了有效的提升,PVDF的储能效率为57.7%,PMMA/PVDF复合材料的储能效率为84.9%。为了研究复合薄膜的电性能的稳定性,从施加不同有效面积的电极、不同区域的薄膜以及薄膜柔性三方面去研究测试。研究表明,不同面积的五种电极中,同一场强(300 MV/m)储能最大差值仅0.18 J/cm3,效率最大差值仅2.5%,温度90 oC下储能最大差值0.61 J/cm3;大面积薄膜的9处不同区域的测试中,同一场强(200 MV/m)储能浮动了0.17 J/cm3,效率浮动了1.4%,温度90 oC下储能变化了0.15 J/cm3,效率变化了2.8%。2、同样工艺制备了大面积的ABS/PVDF复合薄膜,与PVDF相比复合薄膜的效率提高了29.3%。不同面积的五种电极中,同一场强(300 MV/m)储能最大差值是0.72 J/cm3,温度90 oC下储能最大差值为0.79 J/cm3;大面积薄膜的9处不同区域的测试中,同一场强(200 MV/m)储能浮动了0.09 J/cm3,效率浮动了1.5%,温度90 oC下储能变化了0.14 J/cm3,效率变化了0.9%。3、研究叠层电容器的设计方案及工艺,设计制备出层数为10的叠层电容器,发现叠加10层的薄膜电容器电容量得到大幅提升。PMMA/PVDF单层复合膜在频率1 k Hz时电容值约为7.36×10-12 F,叠层电容器电容值约为3.96×10-8 F,电容得到了大量提升,ABS/PVDF叠层电容器电容值也有一定提升。
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