极化对LiCl/聚合物复合薄膜介电和发电性能影响研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:y123321y886
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在全球能源危机的现状下,新能源的开发与利用得到了重点关注。因此压电纳米发电机、摩擦纳米发电机、光伏电池等一系列能量转换材料及器件被广泛的研究。柔性压电纳米发电机可从人体和周围环境收集机械能并转换为电能,在自供能可穿戴设备、智能化电子系统等领域具有重要的应用价值,因此压电发电材料的开发和性能提升是实现能量有效收集和转化的核心问题。本论文围绕柔性电功能复合材料这一领域,开展氯化锂(LiCl)在聚合物中极化性能及其对压电发电性能的影响研究。分别以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和聚乙烯醇(PVA)为聚合物基体,LiCl为填料,通过流延法制备复合薄膜与水凝胶,对于其介电、压电以及发电性能进行研究。随着LiCl的添加,LiCl/PVDF-HFP复合薄膜介电常数提升,极化能力提升,高压极化后复合薄膜的发电性能有所提升。对于LiCl/PVA复合凝胶,介电常数与损耗均随着LiCl含量、厚度、含水量的增加而增大,高压极化后,发电性能有所增强,且水凝胶正反面的发电性能相反,呈现明显的压电发电特性。通过KPFM测试发现,水凝胶极化后上表面更正,理论推测在按压时上表面产生负电压,与实验数据吻合,说明外电压可以有效极化水凝胶中的离子从而实现正负离子的分离,制备压电水凝胶,且该压电发电性能可以保持14天。最后制备了自极化PVA和双层结构水凝胶,通过形成上下层带电性不同的水凝胶,获得性能优异的压电发电性能。通过离子改性、极化、自极化等方法探究柔性复合材料的介电和压电发电性能,制备了新型压电发电材料LiCl/PVA复合水凝胶,具备优异发电性能的同时拥有聚合物本身的柔性、可设计、易加工性等优点,从而在传感器件、能量储存、柔性电池、药物缓释等领域具有潜在的应用价值。有望为柔性器件的相关科学研究和实际应用提供参考。
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