表面接枝的GNP改性EP/PVDF复合材料介电性能的研究

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电子制造行业的发展迅速对储能器件提出了更高的要求,研究者希望提高介电储能材料介电常数的同时保持其较低的介电损耗。本研究使用甲基四氢苯酐(MeTHPA)对酸洗和环氧化处理的石墨烯纳米片进行接枝改性,然后以改性石墨烯纳米片为填料,分别选用F-51酚醛型环氧树脂(EP)和聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,使用溶液流延法制备了两元和三元复合材料,对其介电性能进行了研究,研究的主要结果如下:以MeTHPA-GNP为填料,F-51酚醛型环氧树脂为基体,用流延法制备了MeTHPA-GNP/EP复合材料。通过FTIR、RAMAN、TG、TEM等分析表明MeTHPA成功地被接枝在GNP的表面,通过SEM分析,可以观察到MeTHPA-GNP可以更均匀地分散在EP基体中,在MeTHPA-GNP/EP中观察到更少的缺陷。经过改性的复合材料表现出优异的介电性能,MeTHPA-GNP/EP介电性能优于GNP/EP。在1000Hz下,2.5%MeTHPA-GNP/EP的介电常数约为25,损耗约为0.08。以MeTHPA-GNP和EP为填料,PVDF为基体,使用溶液流延法制备了MeTHPA-GNP/EP/PVDF三元纳米复合薄膜。SEM分析结果表明MeTHPA-GNP可以均匀地分散在PVDF基体中,而GNP在基体PVDF中出现团聚,在基体中产生孔洞等缺陷。与GNP/EP/PVDF复合薄膜相比,MeTHPA-GNP的加入显著改善了复合薄膜的介电性能。1000赫兹下,2%MeTHPA-GNP/EP/PVDF室温下显示出18.2的介电常数(纯PVDF介电常数为11.7),同时保持0.038的低介电损耗。而GNP/EP/PVDF在填料1.5%就达到渗流阈值,损耗高达180。MeTHPA-GNP/EP/PVDF优异的性能归因于MeTHPA-GNP表面酸酐绝缘层的有效包裹,减少了载流子在石墨烯表面的聚集,同时改善了填料在基体中的分散。
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