BaTiO3 納米線(xiàn)的長(cháng)徑比對聚間苯二甲酰間苯二胺復合材料介電性能的影響

聚合物電介質(zhì)的擊穿強度、充放電效率、可靠性以及柔韌性比較高,已用于制造心臟除顫儀、電磁脈沖系統、激光器等設備[1~3] 雙向拉伸聚丙烯(BOPP),是目前用于制備聚合物電介質(zhì)的主要材料 制造高端油氣開(kāi)采設備、先進(jìn)推動(dòng)系統以及混合動(dòng)力車(chē)輛需要耐高溫(>150℃)的聚合物電介質(zhì),但是BOPP的極限工作溫度較低(<100℃),因此亟需開(kāi)發(fā)新型耐高溫聚合物電介質(zhì)[4, 5] 線(xiàn)性聚合物電介質(zhì)的儲能密度Ue=εrε0Eb2/2,其中εr為材料的介電常數,ε0為真空介電常數(~8.85×10-12 F·m-1),Eb為材料擊穿強度 這表明,提高材料的介電常數和擊穿強度可使其儲能密度提高 但是,大部分聚合物的擊穿強度很高,而本征介電常數較低(聚丙烯~2.2,聚酯~3.3,芳香族聚氨酯~4),使其應用受到限制 因此必須提高聚合物的介電常數 目前提高聚合物介電常數的方法,是將高介電常數陶瓷粒子(如鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鍶鋇等)填充到聚合物基體中[6~8] He Dalong等用異質(zhì)成核法將氧化鋁(Al2O3)包裹在鈦酸鋇(BaTiO3)納米粒子表面制備出具有核殼結構的Al2O3@BaTiO3復合填料,再將Al2O3@BaTiO3加到聚偏氟乙烯(PVDF)基體中以提高其介電常數并限制其介電損耗[9] Wang Jiao等用聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 改性鈦酸鍶(SrTiO3),使SrTiO3在聚合物基體中均勻分散并與聚合物基體良好地相互作用 PVP改性SrTiO3含量(體積分數)為40 %的復合材料其介電常數比純聚合物提高了4.29倍[10] 但是,為了提高聚合物電介質(zhì)的介電常數,需要在聚合物基體中添加很高含量的高介電常數粒子,這不但降低聚合物的機械性能限制了其作為柔性電介質(zhì)的使用,介電損耗的提高還加速了材料的老化[4] 因此,目前研究的焦點(diǎn)是在使用較低含量填料的條件下提高復合材料的介電常數并保持其良好的機械性能和較低的介電損耗 有學(xué)者提出,使用BaTiO3納米線(xiàn)(BTN)填料提高聚合物基復合材料的介電常數 與BaTiO3(BT)納米粒子相比,BTN具有更低的表面能和更高的偶極矩 較低含量的BTN便可改善復合材料的介電常數,并保持其良好的機械性能和較低的介電損耗[11, 12] 一維結構材料BTN,其不同長(cháng)徑比對材料介電性能有不同的影響 作為耐高溫聚合物聚間苯二甲酰間苯二胺