BT@PANI核壳粒子的绿色制备及PVDF基复合材料的介电性能

聚合物薄膜介电电容器在新能源汽车、太阳能和风力并网发电与储能等领域具有广泛应用和广阔的发展前景。钛酸钡/聚合物复合材料具有介电损耗低、击穿场强高的特点,是电容器中核心部分高介电有机薄膜材料极具潜力的选择之一。目前,迫切需要解决高极化特性与低损耗难以协同改善的问题。本工作提出以苹果酸同时作为钛酸钡(BT)表面修饰剂和聚苯胺(PANI)掺杂剂,采用原位聚合法制备了BT@PANI核壳粒子,并以此为填料制备了聚偏氟乙烯(PVDF)基复合材料。结果显示,通过苹果酸与盐酸的两步表面改性法,可获得钛酸钡-苯胺阳离子(BT-An^(+))粒子,为此不同苯胺(An)与BT-An^(+)质量比条件下填料产物的核壳结构特征明显。当An与BT-An^(+)的质量比为0.5∶1时产物平均粒径最小,约为450 nm,粒径分布最窄,且电导率为1.46×10^(-3)S/cm。以此为填料,30%(质量分数)填充量的PVDF基复合材料在10^(3)~10^(6)Hz范围内介电常数保持在高值水平,由31仅下降到15,介电损耗在宽的频率范围内低于0.3,不仅表现出优良的频率稳定性,而且在获得较高的介电常数情况下,实现了介电损耗的有效抑制。此外,这项工作极大地降低了无机氧化性酸与有机试剂的使用率,为实现高性能介电复合材料的绿色制备提供了实验指导。

表面负载Fe_(3)O_(4)对BT@PANI/PVDF复合材料介电性能的影响

通过氧化沉淀法制备出钛酸钡@聚苯胺-四氧化三铁(BT@PANI-Fe_(3)O_(4))核壳粒子,并以此为填料制备了聚偏氟乙烯(PVDF)介电复合材料,研究了硫酸亚铁铵(FAS)与BT@PANI核壳粒子的质量比对复合材料介电性能的影响。结果表明:在测试频率范围,复合材料的介电常数随着FAS与BT@PANI质量比的增加而增大,当FAS与BT@PANI核壳粒子的质量比为1∶1时,BT@PANI-Fe_(3)O_(4)/PVDF复合材料的介电常数可达14(100 Hz),与BT@PANI/PVDF(12,100 Hz)复合材料相比,介电常数得到提高,介电损耗保持在0.1左右,在高频时,BT@PANI-Fe_(3)O_(4)/PVDF介电损耗(0.03,104 Hz)小于BT@PANI/PVDF(0.09,104 Hz)复合材料,满足实际应用。报道的多壳层策略可以扩展到各种无机杂化物,以开发新型介电纳米复合材料。

无模板法制备多孔聚苯胺及其电化学性能

通过以极慢的速率滴加氧化剂水溶液方式,构建了受限的油水反应界面,在无模板条件下制备了多孔聚苯胺,并研究了产物的结构和用作超级电容器电极材料的电化学性能.结果表明:产物为银耳状多孔结构,富含小于10 nm的中介孔.在电流密度为1 A/g时,充放电时间近似对称,比电容高达441 F/g,经2000次充放电循环后,比电容损失率为27.3%,该聚苯胺表现出良好的电化学性能.