耐高溫電儲能介電材料的制備與性能研究

1、目錄目錄文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述二技術(shù)路線技術(shù)路線三研究背景研究背景一實驗進(jìn)展實驗進(jìn)展四進(jìn)度安排進(jìn)度安排五一、研究背景新能源新材料風(fēng)能發(fā)電太陽能發(fā)電電子電機(jī)混合動力汽車1 1、儲能器件發(fā)展概況、儲能器件發(fā)展概況電池電容器2 2、電容器儲能介電材料、電容器儲能介電材料傳統(tǒng)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷擊穿強(qiáng)度低；擊穿強(qiáng)度低；儲能密度低；儲能密度低；密度大、脆性大；密度大、脆性大；加工溫度高等加工溫度高等聚合物聚合物輕質(zhì)、柔韌；輕質(zhì)、柔韌；儲能密度高；儲能密度高；擊穿輕度高；擊穿輕度高；易于大規(guī)模制造；易于大規(guī)模制造；化學(xué)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)性能化學(xué)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)性能1、交變電場中的介電性質(zhì)介電性能介電性能、 tan極化、松弛現(xiàn)象極化、松弛

2、現(xiàn)象3 3、聚合物電介質(zhì)與電性能、聚合物電介質(zhì)與電性能4、表面的靜電摩擦現(xiàn)象等本體電導(dǎo)性能本體電導(dǎo)性能、 Eb電導(dǎo)、擊穿現(xiàn)象電導(dǎo)、擊穿現(xiàn)象2、弱電場中的電導(dǎo)性質(zhì)或絕緣性3、強(qiáng)電場中的電擊穿（電子極化、原子極化）（電子極化、原子極化）變形極化變形極化或誘導(dǎo)極化誘導(dǎo)極化112dE取向極化取向極化+-+-+-+-+-+-+-+-+-20203EEKT界面極化界面極化 由于界面兩邊的組分具有不同的極性或電導(dǎo)率，在電場作用下將引起電荷在兩相界面處聚集，從而產(chǎn)生極化。4 4、電介質(zhì)的極化、電介質(zhì)的極化介電損耗擊穿強(qiáng)度5 5、聚合物介電性能溫度依賴性、聚合物介電性能溫度依賴性介電常數(shù)玻璃化溫度（Tg）較低最

3、大工作溫度不超過 200尋找耐高溫的寬頻儲能材料6 6、普通聚合物介電材料、普通聚合物介電材料二、文獻(xiàn)綜述二、文獻(xiàn)綜述 1965年 Pohl、Rosen和Hartman 制備了多省醌自由基（PARQ）聚合物，介電常數(shù)240000 *OOOOOO*nTheodore Goodson, The Journal of Physical Chemistry B, 2006, 110: 14667-14672.PcPcOOOOOPcOOOCNCNOOOOCNCNOPcOOOOCNCNONNNNNNNNMRRRRRRRRPc=熱分解溫度380介電常數(shù)k48介電損耗tan20010161018300ONNO

4、n 調(diào)節(jié)介電常數(shù)介電常數(shù)和介電損耗介電損耗，擊穿強(qiáng)度擊穿強(qiáng)度 1、PBO的結(jié)構(gòu)改性（調(diào)節(jié)主鏈共軛程度、 主鏈引入功能基團(tuán)） 2、引入石墨烯等納米導(dǎo)電填料復(fù)合介電材料復(fù)合介電材料聚合物聚合物導(dǎo)電填料導(dǎo)電填料（金屬、炭黑、碳納米管金屬、炭黑、碳納米管）Vol%滲流閾值介電薄層金屬顆粒微觀微觀宏觀宏觀3 3、石墨烯結(jié)構(gòu)與特性、石墨烯結(jié)構(gòu)與特性電子的運(yùn)動速度達(dá)到光速的電子的運(yùn)動速度達(dá)到光速的1/300石墨烯的拉伸模量石墨烯的拉伸模量(1.01 TPa)和極和極限強(qiáng)度限強(qiáng)度(116 GPa)與單壁碳納米管與單壁碳納米管(SWCNT)相當(dāng)相當(dāng)單層的石墨烯為肉眼所見的透明材單層的石墨烯為肉眼所見的透明材料，

5、透光率可達(dá)料，透光率可達(dá)97.7%石墨烯還兼具有質(zhì)輕、比表面積大石墨烯還兼具有質(zhì)輕、比表面積大(2600 m2/g)等特點等特點COOHCOOHHOOCHOOCCOOHHOOOHOOHOOOHHOHOOOxidationGraphene Oxide(GO)GraphiteCOOHCOOHHOOCHOOCCOOHHOOOHOOHOOOHHOOHOCOOHCOOHHOOCHOOCHOOCOHOOHOOHOOHOHOOHOGraphite OxideSonication微機(jī)械剝離法 化學(xué)氣相沉積法（Ni）真空外延生長法（SiC） 化學(xué)氧化還原法4 4、石墨烯制備方法、石墨烯制備方法 氧化石墨能夠穩(wěn)定

6、分散在中性或堿性條件的水及極性溶劑（如DMF、NMP）中，而在酸性介質(zhì)中已沉淀的形式存在。增加石墨烯在各種不同溶劑（特別是酸性介質(zhì)）中的分散性亟待解決。 芘丁酸琥珀酰亞胺酯能夠通過共軛吸附在石墨烯表面。共軛高分子磺化聚苯胺功能化的石墨烯能夠溶于水，有很好的空氣穩(wěn)定性和電化學(xué)活性。Y. X. Xu, H. Bai, et al, J. Am. Chem. Soc.,2008, 130, 5856H. Bai, et al,Chem. Commun., 2009,1667.5、石墨烯非共價鍵功能化、石墨烯非共價鍵功能化 基于環(huán)氧基團(tuán)的反應(yīng) Huafeng Yang et al. Chem Comm

7、un. 2009(26): 3880-3882Huafeng Yang, et al. J Mater Chem. 2009, 19: 4632-46386、石墨烯共價鍵功能化、石墨烯共價鍵功能化氧化石墨羧基的衍生反應(yīng)氧化石墨羧基的衍生反應(yīng)OHOCOOHOHOCOClOHOCONHRSOCl2RNH2OHOCOORROHRNH2EDC/DCC 基于羧基的反應(yīng)6、石墨烯共價鍵功能化、石墨烯共價鍵功能化三、技術(shù)路線三、技術(shù)路線電學(xué)性能好電學(xué)性能好力學(xué)性能優(yōu)力學(xué)性能優(yōu)高強(qiáng)，高模，高強(qiáng)，高模，耐高溫，耐高溫，環(huán)境穩(wěn)定性環(huán)境穩(wěn)定性PBO石墨烯復(fù)合材料石墨烯復(fù)合材料導(dǎo)熱率導(dǎo)熱率熱分解溫度熱分解溫度介電常數(shù)

8、介電常數(shù)介電損耗介電損耗擊穿電壓擊穿電壓ONNOnOHHOH2NNH2HClClHCOOHHOOC+PPAP2O5+H2O+HCl2DAR,213.06g/molTA,166.13g/molPBO,234.21g/mol72.06g/mol72.92g/mol1、PBO聚合的制備聚合的制備其他聚合物的合成其他聚合物的合成2、石墨烯的制備及改性、石墨烯的制備及改性COOHCOOHHOOCHOOCCOOHHOOOHOOHOOOHHOHOOOxidationGraphene Oxide(GO)GraphiteCOOHCOOHHOOCHOOCCOOHHOOOHOOHOOOHHOOHOCOOHCOOHH

9、OOCHOOCHOOCOHOOHOOHOOHOHOOHOGraphite OxideSonicationSOCl2COClCOClClOCClOCCOClHOOOHOOHOOOHHOHOOGraphene Oxide Chloride(GO-Cl)石墨烯酰氯化石墨烯酰氯化2、石墨烯的制備及改性、石墨烯的制備及改性 石墨烯接枝聚合物石墨烯接枝聚合物BSATPCNH2HClOHNHSiMe3OSiMe3COHNMe3SiOCnClHH2NHOMe3SiHNMe3SiOHNOSiMe3OOCCOOCHOOOHOOHOOOHHOHOONH-PAOHNH-PAOHHNPAOHGO-ClGO-PAOH紫外

10、吸收光譜紫外吸收光譜3、溶液共混法制備復(fù)合材料溶液共混法制備復(fù)合材料GO-PAOH/MSAPBO/MSA混合、制膜、洗滌混合、制膜、洗滌GO-PAOH/PBO熱處理熱處理GNs/PBO4、原位聚合法制備復(fù)合材料、原位聚合法制備復(fù)合材料*ONNONH2OHONmHOOOHOOHOOOHHOHOO*ONNOH2NOHONxCCOOCHOOOHOOHOOOHHOHOONH-PAOHHNPAOHHNOHNOHHOCOCOHNNH2OHHOn*ONNONH2OHONHOOCPPA120180m+四、實驗進(jìn)展 PBO基體的制備及相關(guān)表征 石墨烯的制備與聚合物改性 改性石墨烯的表征 溶液共混法制備復(fù)合材料

11、復(fù)合材料的表征 原位聚合法制備復(fù)合材料 復(fù)合材料的表征1、設(shè)想、設(shè)想PBO低介電常數(shù)的原因1、高共軛鏈段的剛棒結(jié)構(gòu)影響了分子鏈的柔順性，影響了偶極的取向；2、偶極在主鏈上，不易取向；1、提高主鏈的柔順性2、提高偶極的取向能力1、主鏈只含有C-C鍵，提高鏈段活動能力2、偶極只在側(cè)鏈上，提高偶極的取向能力制備側(cè)鏈含苯并噁唑基團(tuán)的柔性聚合物制備側(cè)鏈含苯并噁唑基團(tuán)的柔性聚合物2、支鏈含噁唑基團(tuán)聚合物及石、支鏈含噁唑基團(tuán)聚合物及石墨烯墨烯復(fù)合材料復(fù)合材料的制備的制備NH2OHCClOCHNOOH+OHNCCCH3HCH2OHNCCCH3H2CH*n300ONCCCH3CH2ONCCCH3H2C*nOHNCCCH3HCH2線路線路1線路線路22、支鏈含噁唑基團(tuán)聚合物及石、支鏈含噁唑基團(tuán)聚合物及石墨烯墨烯復(fù)合材料復(fù)合材料的制備的制備COOHHOOOHOOHOOOHHOHOOCOOHHOOCN2H4.H2OCOOHCOOHHOOCOHOHNH2OHONOCOOHCOOHHOOCOHOHOHHOOHHOGNs-OH2、支鏈含噁唑基團(tuán)聚合物及石、支鏈含噁唑基團(tuán)聚合物及石墨烯墨烯復(fù)合材料復(fù)合材料的制備的制備GNs-InitCuBrOOBr+PAOH-VCOOHCOOHHOOCOHOHOOOOBrOBrBrOBrOBrOBrOGNs-InitGNs-