带电聚合电介质表面吸附理论研究

应用聚合电介质吸附的定标理论,根据介质和表面电介质常数的比率,考虑多化合价吸附电介质之间强相关性作用,我们提出一种表面排斥电荷的近似定标理论方法,根据这种方法把电介质表面吸附层的相图分为本质上不同的两大类.从相图可知:当表面电荷密度低(或体带相反电荷离子密度高),这时表面和体带相反电荷离子密度几乎相同;一旦表面电荷密度足够高,就使带相反电荷的离子在表面上浓缩.据此,可确定在这个区域内,低化合价聚合电介质形成一个相关的多链状态,当化合价足够高时,由于近邻链之间的更强排斥增强,使状态转变成单链.

耐高温聚合物基储能电介质材料的研究进展

聚合物基电介质材料因其击穿强度高、加工性能优异和成本低廉等优点而被广泛应用于金属化薄膜电容器。目前使用最普遍的储能电介质材料为双向拉伸聚丙烯,但是其存在放电能量密度低、耐温性能差等缺陷,已经无法满足现代电力电子系统微型化和集成化的发展要求。因此提高聚合物基电介质材料的储能密度和耐高温性能是储能电介质材料领域的主要挑战。该文综述了近年来新型耐高温聚合物基电介质材料在介电储能领域中的应用进展。首先,介绍了电介质材料的充放电原理,以及决定电介质材料储能密度的关键物理参数;其次,从高玻璃化转变温度、交联作用、电荷陷阱引入及带隙调控3个方面分类介绍了聚合物基耐高温储能电介质的最新研究进展;最后,对耐高温聚合物基储能电介质的发展进行了总结与展望。

通过构建陷阱能级策略提高聚合物电介质储能性能研究进展

本文系统阐述了空间电荷形成机理及空间电荷效应,重点综述了填充无机纳米粒子、掺入小分子半导体和分子结构设计3种构建陷阱能级的方法,深入探讨了提高电介质材料储能性能的设计策略,并对高性能聚合物电介质材料的制备方法进行展望。

高储能密度聚合物基多层复合电介质的研究进展

薄膜电容器是现代电力装置与电子设备的核心电子元件,受限于薄膜介质材料的介电常数偏低,当前薄膜电容器难以获得高储能密度(指有效储能密度,即可释放电能密度),从而导致薄膜电容器体积偏大,应用成本过高。将具有高击穿场强的聚合物与高介电常数的纳米陶瓷颗粒复合,制备聚合物/陶瓷复合电介质,是实现薄膜电容器高储能密度的有效策略。对于单层结构的0-3型聚合物/陶瓷复合电介质,其介电常数与击穿场强难以同时获得有效提升,限制了储能密度的进一步提高。为了解决此矛盾,研究者们叠加组合高介电常数的复合膜与高击穿场强的复合膜,制备了2-2型多层复合电介质,能够协同调控极化强度与击穿场强来获取高储能密度。研究表明,调控多层复合电介质的介观结构与微观结构,可以实现优化电场分布、协同调控介电常数与击穿场强等目标。本文综述了近年来包括陶瓷/聚合物和全有机聚合物在内的多层聚合物基复合电介质的研究进展,重点阐述了多层结构调控策略对储能性能的提升作用,总结了聚合物基多层复合电介质的储能性能增强机制,并讨论了当前多层复合电介质面临的挑战和发展方向。

PVDF基储能电介质的设计及性能调控相关进展

聚合物基介电电容器因具有击穿场强高、介电损耗低、自愈性好以及良好的可加工性等优势,成为了电子电力系统中重要的储能元器件。然而,聚合物的相对介电常数和放电能量密度较低,极大地限制了聚合物基固态电容器向小型化方向发展。因此,提高聚合物相对介电常数,研发高放电能量密度和高储能效率的聚合物基电容器成为了迫切需求。聚偏二氟乙烯(PVDF)以其良好的介电性能和较高的放电能量密度成为研究的热点。本文从电介质的储能原理出发,综述了近年来PVDF基纳米复合电介质材料的设计及其性能调控的主要方案:(1)聚合物+无机高介电纳米填料;(2)聚合物+无机低介电纳米填料;(3)聚合物+金属纳米粒子。本文为进一步提高聚合物基电介质的储能性能提供了重要参考。

聚合物基电介质薄膜电容器研究进展

简述了聚合物基电介质薄膜电容器的研究现状,主要包括聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)以及聚偏二氟乙烯(PVDF)三大类。分析了PP,PI,PVDF三类电介质的介电及理化性质,比较了不同改性手段、加工方式、结构设计等对PP,PI,PVDF电介质电性能的提高程度。对聚合物基电介质薄膜电容器的进一步发展进行了展望。

高介电常数、低介电损耗聚合物复合电介质材料研究进展

高介电常数聚合物电介质材料作为当今信息功能材料的研究热点,具有实际的应用价值和前景。综述了聚合物基复合电介质材料的分类及优缺点,以及从材料微观结构设计和填料界面修饰出发(如三元杂化或设计核壳和三明治结构),来获得高介电常数、低介电损耗聚合物复合电介质材料的研究状况和应用前景,以期对高介电、低损耗聚合物基电介质材料有一个更直观全面的了解,进一步拓展该类材料在电气和生物工程领域的研究和应用。

耐高温聚合物电介质材料的研究与应用进展

耐高温聚合物电介质材料以其优良的耐高温稳定性、优异的介电性能以及良好的耐环境稳定性等在电工绝缘领域中具有广阔的应用前景。系统综述了国内外近年来在耐高温聚合物电介质材料基础与应用领域的最新研究进展。从耐高温聚合物电介质材料的发展历史、结构特性以及应用研究等方面进行了综述。重点介绍了耐高温聚合物电介质材料在轨道交通牵引电机、新能源电力设备以及航空航天电气设备等电工绝缘领域中的应用状况。最后对耐高温聚合物电介质材料的未来发展前景进行了展望。

聚合物纳米复合电介质的击穿性能

聚合物纳米复合电介质作为第三代绝缘材料表现出优异的电气特性,其中击穿是纳米复合电介质的关键性能之一。很多研究表明纳米复合电介质的击穿性能明显优于纯聚合物和微米复合电介质材料。针对第一代纳米复合电介质的国内外研究现状,综述了其击穿性能(包括体击穿和沿面闪络特性),讨论了纳米复合电介质击穿特性改善的机理。基于国内外研究现状和本课题组的研究积累,提出了自由体积对聚合物纳米复合电介质击穿的重要影响,指出了纳米粒子对聚合物基体自由体积参数的影响规律;研究了电荷输运微观过程对纳米复合电介质击穿的影响机制,阐述了陷阱参数与体击穿和沿面闪络性能的关系;总结了纳米改性与复合材料体和表面电荷输运参数调控的关联,指出了纳米掺杂同时改善聚合物介质体击穿和沿面闪络特性的机理。

聚合物纳米电介质材料研究进展及其在埋入式无源元件中的应用概述

聚合物纳米电介质材料由于其出色的机械加工特性、电可调制特性已成为当今高密度封装技术等诸多学科的前沿领域。通过在聚合基体中引入高介电陶瓷或纳米导电颗粒形成具有高介电常数的复合材料,并通过印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)制备工艺内置于PCB基板内部形成埋入式元件(电容、电感及其他无源元件),这已经在电子系统小型化方面显示出巨大的应用前景。文章综述了高介电纳米聚合物复合材料领域近年来的研究进展,探讨了聚合物纳米复合材料在埋入式电容器、电感器中的应用及埋入式无源滤波器的设计方法、制备工艺以及复合材料的电磁特性对埋入式元件电学性能的影响。

钛酸钡-氮化硼/聚间苯二甲酰间苯二胺复合电介质的制备与导热性能

选用聚多巴胺(PDA)和十八烷基异氰酸酯分别改性钛酸钡纳米线(BTW)和氮化硼纳米片(BNNSs)来构筑D@BTW-fBNNSs高介电导热填料。研究了D@BTW-fBNNSs高介电导热填料对芳香族聚酰胺(PMIA)基复合电介质介电性能、击穿强度和导热性能的影响。结果表明:随着复合电介质中D@BTW-fBNNSs含量的增加,PMIA基复合电介质的介电常数提升明显;当D@BTW-fBNNSs含量为15wt%时,PMIA基复合电介质在10^(3)Hz时的介电常数相较于PMIA基体提高了75%,同时在高温环境中(>150℃)PMIA基复合电介质的介电性能保持稳定,能够满足高温环境的使用要求。此外,D@BTW-fBNNSs还明显改善了PMIA基复合电介质的导热性能;含有15wt%D@BTW-fBNNSs的PMIA基复合电介质,其导热系数相较于PMIA基体提升了1.5倍。本研究将为设计具有高介电常数、低热效应的耐高温聚合物基电介质提供新的方法和思路。

高效清洁的新能源技术——燃料电池的研究与开发

燃料电池(FC)技术已有156年的历史,近30多年来,进展迅猛,成绩显著,开始步入实用化阶段。当前,研究与开发的重点是提高性能,降低成本,早日实现大规模商业化。燃料电池技术是以电化学、化学动力学、材料科学、物理学、催化剂理论、电力电子工程等各门科学为基础的高技术。继氢氧碱型燃料电池(AFC)