纳米钛酸钡/聚甲基丙烯酸甲酯复合膜的制备及其介电储能性能的研究开题报告

全文总字数：5949字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着科技的发展，电介质材料已经广泛应用于电子设备、电力能源系统等电子行业，而埋入式电容器是集成系统中重要的电子器件。由于电子产品向小型化、轻便化、多功能化发展趋势，电介质材料的应用不仅涉及高密度集成封装技术，还需要电介质材料具有良好的介电性能、高能量密度、机械性能等。所以开发和研究高介电、高能量密度的聚合物基复合材料具有重要的意义。在使聚合物介质更适合高介电常数器件的各种方法中，有两种方法被证明是有效的。一个是将高κ陶瓷填料（如batio₃、cacu₃ti₄o₁₂）引入聚合物基体。然而，提高介电常数通常是以聚合物基体的机械性能和加工性能为代价的，因为通常使用高浓度的陶瓷填料（例如，>50 vo1%）。另一种方法是利用金属颗粒、导电聚合物、炭黑、碳纳米管、脱落石墨纳米板等导电填料，来制备渗透复合材料。当导电填料的体积分数接近渗透阈值（通常<20 vol%）时，复合材料介电常数可显著提高。

本文将选择尺寸为100纳米的钛酸钡颗粒作为填料，来提高聚合物复合材料的介电常数。同时，钛酸钡还有很好的绝缘性和稳定性，其表面存在有反应活性羟基官能团，为后面设计特殊的界面结构提供可行性。纳米钛酸钡有很多制备方法。其中，通过溶胶-凝胶法制备的钛酸钡粉体粒度可达到100纳米，且分布良好、纯度高，化学活性好。而聚合物具有较高的击穿场强、低的介电损耗、灵活性、易于加工和低成本等优点。其中，聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）是重要的工程高分子材料，以其优异的力学性能和高透明性得到广泛应用。本文将以pmma作为介电储能复合材料的基体，采用流延成膜法制备纳米钛酸钡/聚甲基丙烯酸甲酯复合膜。该类材料能够满足质量较轻、储能密度较高、充放电速度较快等要求，在电容器、驱动器和高能量密度脉冲电源中有重要应用。

李亮荣等采用硅烷偶联剂（γ－巯丙基三乙氧基硅烷）对纳米tio₂粒子进行表面处理，通过原位聚合和流延成膜法制备了不同tio₂含量的pi/tio₂复合膜，表面改性纳米tio₂含量1%~5%时能较好地分散在pi膜里，复合膜的介电常数（3.50左右）均高于纯膜的的介电常数（2.91）。赵勇等采用溶胶凝胶法，以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物为模板剂，经80 ℃反应制备了batio₃溶胶，向溶胶中加入100 nm实心batio₃得到多孔batio₃前驱体，经550 ℃煅烧得到多孔batio₃，用偶联剂改性多孔 batio₃；用溶液浇铸法制备batio₃ /pvdf复合材料。s. a. paniagua等以磷酸为引发剂，对钛酸钡纳米粒子表面进行了改性。通过原子转移自由基聚合与活化剂再生电子转移使钛酸钡铁芯被埋入接枝聚合物聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯中。neudys gonzáleza等采用乳液聚合法制备了羟基化钛酸钡填料（batio₃-oh）制备天然橡胶纳米复合材料，提高复合薄膜的绝缘性能。薄电绝缘弹性体是一种很有前途的机电活性聚合物，应用于柔性电容器、太阳能电池、电绝缘器件等领域。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本研究内容：

(1) 以溶胶凝胶法，制备纳米钛酸钡。

(2).采用流延成膜法制备纳米钛酸钡/聚甲基丙烯酸甲酯复合膜。

3. 研究计划与安排

进度安排：

2020-03-25之前：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。

2020-05-25之前：按照设计方案，制备纳米钛酸钡/聚甲基丙烯酸甲酯复合膜。采用sem、tem、红外、介电测试系统等测试技术对复合材料的形貌、结构与介电储能进行表征。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] liu j j, liao j l, liao y, et al. high field antiferroelectric-like dielectric of poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene-co-chlorotrifluoroethylene)-graft-poly(styrene-methyl methacrylate) for high pulse capacitors with high energy density and low loss [j]. polymer chemistry, 2019, 10: 3547-3555.

[2] li m, huang x y, wu c, et al. fabrication of two-dimensional hybrid sheets by decorating insulating pani on reduced graphene oxide for polymer nanocomposites with low dielectric loss and high dielectric constant [j]. journal of materials chemistry, 2012, 22: 23477-23484.

[3] zang w, wong s c. electrical conductivity and dielectric properties of pmma/expanded graphite composites [j]. composites science and technology, 2003, 63: 225-235.