核壳结构SiCNWs@SiO2/PVDF复合材料的制备与介电储能特性

为了加速新能源电子器件向微型化和集成化的方向发展,提高电子器件内部介电复合材料的性能至为重要,介电复合材料的介电性能和储能性能直接影响电子器件的质量,如何提高介电复合材料的介电性能和储能性能等引起了研究者们的广泛关注.以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,碳化硅纳米线(SiCNWs)和核壳结构碳化硅纳米线@二氧化硅(SiCNWs@SiO2)为填料,通过溶液共混相转换法及热压工艺制备出一系列的SiCNWs/PVDF二元复合材料和SiCNWs@SiO2/PVDF复合材料.探究介电纳米填料的表面修饰对PVDF基复合材料的微观结构、宏观介电性能和储能性能等的影响.实验结果表明,硅烷偶联剂KH550成功改性SiCNWs;通过一步法热氧化工艺成功制备出具有典型核壳结构的SiCNWs@SiO2纳米线,SiO2壳层的厚度随着SiCNWs热氧化时间的延长而增大,当SiCNWs热氧化时间为10 h,SiO2壳层的厚度为6.5 nm;采用相转换法和热压处理成功制备一系列的SiCNWs/PVDF二元复合材料和SiCNWs@SiO2/PVDF复合材料,SiCNWs和SiCNWs@SiO2与PVDF基体成功复合;当SiCNWs掺杂量较大时,SiCNWs/PVDF二元复合材料出现明显的团聚现象,核壳结构SiCNWs@SiO2纳米线的引入,有效地提升纳米填料在聚合物基体中的分散性.对比纯PVDF,SiCNWs的引入大幅度提高了复合材料的介电常数,但其介电损耗和电导率较大.将核壳结构SiCNWs@SiO2纳米线嵌入PVDF基体中,使复合材料在保持高介电常数的同时不同程度地降低了介电损耗和电导率,同时复合材料的击穿强度也有较大的提升.25％(质量分数)SiCNWs@SiO2/PVDF(10 h)复合材料在极限电场强度下获得的最大放电能量密度分别为0.111 J/cm3,获得的放电效率分别为53.06％,有效提升了复合材料的储能性能.