铅基反铁电复合材料的介电储能研究与电容器设计

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随着科技的迅猛发展,很多电子产品变得功能更加丰富,体积却更小。电容器作为电路中常用的电子元器件所占的体积十分大,而介电电容器具有体积小,储能大等特点使其在储能领域具有很大的市场,成为很多人研究的热点。现有的介电储能材料有很多种,但是各有优缺点,例如,陶瓷材料的击穿场强过低储能密度极小不利于市场应用,聚合物材料由于介电常数低导致储能密度也较小,无法满足大储能市场的应用需求。经过研究将陶瓷材料和聚合物材料复合,可以得到取长补短的介电性能,既可以提高原先较低的介电常数,还能提高储能密度。本文主要对铅基反铁电陶瓷粒子镐钛锡酸铅镧(PLZST)进行介电储能研究与电容器设计。主要研究内容和结果如下:(1)分析了多种表面改性剂对反铁电陶瓷粒子的影响,如盐酸多巴胺,硅烷偶联剂(KH580)和钛酸四正丁酯,对所制备样品的性能影响。可以得出盐酸多巴胺作为表面改性剂可以较大的提升复合材料的性能。PVDF/DPLZST复合材料的击穿强度为434 MV/m,较纯聚偏氟乙烯(PVDF)的363MV/m提高了19.5%。最大可释放能量密度为9.22 J/cm3,储能效率为61.29%。还研究了反铁电陶瓷粒子PLZST不同含量对制成复合材料的效果,根据实现结果可以得出随着反铁电陶瓷粒子PLZST含量的变大,复合材料的介电常数会变大。在所制备的含量是4%时的PVDF/DPLZST薄膜样品的有最大的场强和储能性能。(2)还对PVDF/DPLZST大膜和PVDF/DBT大膜的稳定性进行研究,通过使用不同电极面积的测试电极对介电性能,储能性能进行测试,随着电极面积的增大,介电常数,储能和效率出现略微的下降。使用同一电极面积的测试电极对同一张大膜的不同位置对介电性能,储能性能进行测试,看出大膜的均匀性较好。其中PVDF/DPLZST大膜在200 MV/m的储能密度在3.53 J/cm3左右,储能效率在66.3%左右,在频率为1k Hz时介电常数为17.8左右。PVDF/DBT大膜在200MV/m的储能密度在3.66 J/cm3左右,效率在67.3%上下。在1 k Hz时介电常数为18.8左右。(3)还使用PVDF/DPLZST复合材料大膜制备了10层的叠层电容器,并对叠层电容器进行介电性能测试,其在1 k Hz的电容值达到了1.152×10-8F,相较于单层PVDF/DPLZST复合材料大膜有了很大提升。
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