有机-无机复合电介质材料的制备与储能性能开题报告

全文总字数：7112字

1. 研究目的与意义（文献综述）

能源与环境是当今世界面临的最大问题和挑战，大多数可再生能源必须首先转换成电能才能被储存或进一步利用。如何有效地储存能量，并减少能量损耗和减轻环境负担是近年来的热点问题，故发展有效的电能储存技术是重中之重^[1]。目前商业电介质电容器的储能密度为 10^-2~10^-1 w·h/kg ^[2,3]。如果电介质电容器的储能密度能够提高到超级电容器（10~10⁶ w·h/kg）或者电池(10~300 w·h/kg)的水平，势必能进一步扩大应用规模^[4-6]。如在新能源应用中，电容器可将风能、太阳能、潮汐能等间断、脉冲性的能源进行平滑输出，以实现安全并网；在国家智能电网等能源系统中，电容器可以进行无功功率补偿，提高功率因素；在电动汽车的逆变系统中，电容器可以提高瞬时高功率，以驱动电动机的正常运行；在电磁炮等新概念军事武器中，电容器可提供大的输出功率^[7]。因此，为了实现电介质电容器的小型化、低成本和大规模应用，寻求能显著提高能量密度的解决方案至关重要^[8]。这也是我国2015年国家重点基础研究发展计划和重大科学研究计划的重要支持方向^[9]。

原则上，电介质的储能密度u可以表达为：

（1）

2. 研究的基本内容与方案

（1）研究基本内容：毕业论文主要以调研有机-无机复合电介质材料为主要目标，其中无机填料涵盖纳米颗粒，纤维和纳米片，有机聚合物为基体。重点总结填料的维度及在基体中的含量与取向分布对复合材料的高介电响应，耐击穿场强和储能密度的影响。并制备一种以二维单层ca₂nb₃o₁₀纳米片和聚丙烯（pp）为主要原料的新型三明治结构异质膜，实现高储能密度的开发。

（2）研究目标：

1．文献调研，了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系；

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-7周：按照设计方案，调研有机-无机复合电介质材料。涵盖sem，tem和ft-ir等测试手段对这类复合材料微观结构的表征与分析。

第8-11周：调研有机-无机复合电介质材料介电特性的表征与分析。归纳总结高介电响应，耐击穿场强，储能密度与填料的维度、含量与取向分布之间的关系。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 顾逸韬, 刘宏波, 马海华, 等. 电介质储能材料研究进展[j]. 绝缘材料, 2015, 48(11): 1-13.

[2] sarjeant w j, zirnheld j, macdougall f w. capacitors[j]. ieee transactions on plasma science, 1998, 26(5): 1368-1392.

[3] burn i, smyth d m. energy storage in ceramic dielectrics[j]. journal of materials science, 1972, 7(3): 339-343.