樹枝狀鈦酸鋇粉體的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、本文從樹枝狀鈦酸鋇(d-BT)粉體制備出發(fā),以d-BT作為無機相,分別與PVDF和P(VDF-TrFE)有機相復(fù)合,形成d-BT/PVDF和d-BT/P(VDF-TrFE)兩類無機-有機復(fù)合材料;研究該類復(fù)合材料的介電性能與無機相形貌的關(guān)系;進一步優(yōu)化d-BT/P(VDF-TrFE)復(fù)合材料介電性能;借助Al2O3和TiO2的介電常數(shù)介于d-BT與P(VDF-TrFE)之間的性質(zhì),在d-BT表面上分別包覆半導(dǎo)體材料Al2O3和TiO2,

2、并研究了包覆后的d-BT/P(VDF-TrFE)復(fù)合材料的介電性能及儲能密度。
　　通過對比各反應(yīng)條件,得出水熱法制備d-BT粉體適宜的工藝條件,以硫酸鈦為鈦源,KOH濃度為0.3mol/L。當(dāng)反應(yīng)時間分別為6h、10h、12h和15h時,得到了四種d-BT粉體,分別記為6h-d-BT、10h-d-BT、12h-d-BT和15h-d-BT。
　　對四種復(fù)合材料6h-d-BT/PVDF、10h-d-BT/PVDF、12h-d-

3、BT/PVDF和15h-d-BT/PVDF介電性能進行研究發(fā)現(xiàn),12h-d-B T/PVDF復(fù)合材料介電性能最優(yōu),也明顯優(yōu)于球形BaTiO3/PVDF復(fù)合材料,其擊穿場強為306kV/mm,1kHz下介電常數(shù)為15.04,儲能密度達到6.3J/cm3。因此,12h-d-BT可以作為較優(yōu)的樹枝狀形貌粉體。其具體尺寸為,主枝干直徑和長度分別約為100-150nm和1.0-1.5μm,主枝干上小分枝直徑與長度范圍分別約為100-150nm和1

4、50-250nm。
　　通過考察復(fù)合材料薄膜成型過程中,發(fā)現(xiàn)溫場的均勻性影響薄膜材料的介電性能,均勻溫場下制備的薄膜介電性能較優(yōu);研究d-BT含量分別為0vol％、1vol％、3vol％、5vol％以及7vol％的12h-d-BT/P(VDF-TrFE)復(fù)合材料的介電性能,并分別計算得出其儲能密度,得出d-BT含量為5vol％時復(fù)合材料的儲能密度最大,達到9.7J/cm3,因此5vol％作為d-BT的最優(yōu)含量。并通過電滯回線得到其

5、實際充電能量密度為10.23J/cm3,放電能量密度為5.44J/cm3,放電效率為53.2％,大于純P(VDF-TrFE)放電效率的2倍。
　　采用溶膠凝膠法,在pH=4.6時,對12h-d-BT顆粒表面分別均勻包覆上Al2O3和TiO2,得到包覆層為5nm的d-BT@Al2O3顆粒和包覆層為20nm小顆粒的d-BT@TiO2顆粒。將其與P(VDF-TrFE)復(fù)合得到d-BT@Al2O3/P(VDF-TrFE)和d-BT@TiO