耐高溫電儲能介電材料的制備與性能研究

目錄文獻(xiàn)綜述二技術(shù)路線三研究背景一實(shí)驗(yàn)進(jìn)展四進(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、儲能器件發(fā)展概況電池電容器2、電容器儲能介電材料傳統(tǒng)陶瓷擊穿強(qiáng)度低；儲能密度低；密度大、脆性大；加工溫度高等聚合物輕質(zhì)、柔韌；儲能密度高；擊穿輕度高；易于大規(guī)模制造；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ε’、tanδ極化、松弛現(xiàn)象3、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σ、Eb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）變形極化或誘導(dǎo)極化取向極化+++++-----+++++-----++++----+-++++++++--------+-+-+-+-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、電介質(zhì)的極化介電損耗溫度溫度擊穿強(qiáng)度5、聚合物介電性能溫度依賴性介電常數(shù)玻璃化溫度（Tg）較低最大工作溫度不超過200℃尋找耐高溫的寬頻儲能材料6、普通聚合物介電材料二、文獻(xiàn)綜述1965年P(guān)ohl、Rosen和Hartman制備了多省醌自由基（PARQ）聚合物，介電常數(shù)240000TheodoreGoodson,TheJournalofPhysicalChemistry

B,2006,110:14667-14672.熱分解溫度>380℃介電常數(shù)k>48介電損耗tanδ<0.011、共軛聚合物的介電性能研究寬頻（102～106Hz）～240℃保持穩(wěn)定QingWang,etal,AppliedMaterialsandInterfaces,2010,2(5):1286-1289.聚雜萘聯(lián)苯醚酮（PPEK）

PBO：防彈衣航天航空體育器材防火服工業(yè)器材材料強(qiáng)度(GPa)模量(GPa)韌性(伸長率％)PPTA(Kevlar49)3.31322.5PPTA(Kevlar149)2.71791.5PBZT3.13201.1PBO3.63701.9ABPBO3.11402.92、PBO聚合物聚亞苯基苯并二噁唑

剛棒狀高分子材料介電常數(shù)(103Hz)介電損耗(106Hz)擊穿強(qiáng)度/(kV·mm-1)電阻率/(Ω·cm)吸水率/(%)熱膨脹系數(shù)/(℃-1)Tg/(℃)PBO2.7-2.9~0.01>2001016~1018<0.5-6×10-6>300

調(diào)節(jié)介電常數(shù)和介電損耗，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)合介電材料聚合物導(dǎo)電填料（金屬、炭黑、碳納米管）Vol%σ滲流閾值介電薄層金屬顆粒微觀微電容宏觀高介電3、石墨烯結(jié)構(gòu)與特性電子的運(yùn)動速度達(dá)到光速的1/300石墨烯的拉伸模量(1.01TPa)和極限強(qiáng)度(116GPa)與單壁碳納米管(SWCNT)相當(dāng)單層的石墨烯為肉眼所見的透明材料，透光率可達(dá)97.7%石墨烯還兼具有質(zhì)輕、比表面積大(2600m2/g)等特點(diǎn)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、石墨烯制備方法氧化石墨能夠穩(wěn)定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π–π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,etal,J.Am.Chem.Soc.,2008,130,5856H.Bai,etal,Chem.Commun.,2009,1667.5、石墨烯非共價鍵功能化

基于環(huán)氧基團(tuán)的反應(yīng)

HuafengYangetal.ChemCommun.2009(26):3880-3882HuafengYang,etal.JMaterChem.2009,

19:4632-46386、石墨烯共價鍵功能化氧化石墨羧基的衍生反應(yīng)

基于羧基的反應(yīng)6、石墨烯共價鍵功能化三、技術(shù)路線Graphene電學(xué)性能好力學(xué)性能優(yōu)PBO高強(qiáng)，高模，耐高溫，環(huán)境穩(wěn)定性PBO石墨烯復(fù)合材料耐高溫性能導(dǎo)熱率熱分解溫度介電性能介電常數(shù)介電損耗擊穿電壓1、PBO聚合的制備其他聚合物的合成2、石墨烯的制備及改性石墨烯酰氯化2、石墨烯的制備及改性

石墨烯接枝聚合物GO-PAOH紫外吸收光譜3、溶液共混法制備復(fù)合材料GO-PAOH/MSAPBO/MSA混合、制膜、洗滌GO-PAOH/PBO熱處理GNs/PBO4、原位聚合法制備復(fù)合材料四、實(shí)驗(yàn)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¤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2、支鏈含噁唑基團(tuán)聚合物及石墨烯復(fù)合材料的制備300℃線路1線路22、支鏈