耐高温电储能介电材料制备与性能研究课件.ppt

1、目录目录二技术路线技术路线三研究背景研究背景一实验进展实验进展四进度安排进度安排五一、研究背景新能源新材料风能发电太阳能发电电子电机混合动力汽车1 1、储能器件发展概况、储能器件发展概况电池电容器2 2、电容器储能介电材料、电容器储能介电材料传统陶瓷传统陶瓷击穿强度低；击穿强度低；储能密度低；储能密度低；密度大、脆性大；密度大、脆性大；加工温度高等加工温度高等聚合物聚合物轻质、柔韧；轻质、柔韧；储能密度高；储能密度高；击穿轻度高；击穿轻度高；易于大规模制造；易于大规模制造；化学结构调节性能化学结构调节性能1、交变电场中的介电性质介电性能介电性能、 tan极化、松弛现象极化、松弛现象3 3、聚合

2、物电介质与电性能、聚合物电介质与电性能4、表面的静电摩擦现象等本体电导性能本体电导性能、 Eb电导、击穿现象电导、击穿现象2、弱电场中的电导性质或绝缘性3、强电场中的电击穿（电子极化、原子极化）（电子极化、原子极化）变形极化变形极化或诱导极化诱导极化112dE取向极化取向极化+-+-+-+-+-+-+-+-+-20203EEKT界面极化界面极化 由于界面两边的组分具有不同的极性或电导率，在电场作用下将引起电荷在两相界面处聚集，从而产生极化。4 4、电介质的极化、电介质的极化介电损耗击穿强度5 5、聚合物介电性能温度依赖性、聚合物介电性能温度依赖性介电常数玻璃化温度（Tg）较低最大工作温度不超过

3、 200寻找耐高温的宽频储能材料6 6、普通聚合物介电材料、普通聚合物介电材料二、文献综述二、文献综述 1965年 Pohl、Rosen和Hartman 制备了多省醌自由基（PARQ）聚合物，介电常数240000 *OOOOOO*nTheodore Goodson, The Journal of Physical Chemistry B, 2006, 110: 14667-14672.PcPcOOOOOPcOOOCNCNOOOOCNCNOPcOOOOCNCNONNNNNNNNMRRRRRRRRPc=热分解温度380介电常数k48介电损耗tan20010161018300ONNOn 调节介电常数

4、介电常数和介电损耗介电损耗，击穿强度击穿强度 1、PBO的结构改性（调节主链共轭程度、 主链引入功能基团） 2、引入石墨烯等纳米导电填料复合介电材料复合介电材料聚合物聚合物导电填料导电填料（金属、炭黑、碳纳米管金属、炭黑、碳纳米管）Vol%渗流阈值介电薄层金属颗粒微观微观宏观宏观3 3、石墨烯结构与特性、石墨烯结构与特性电子的运动速度达到光速的电子的运动速度达到光速的1/300石墨烯的拉伸模量石墨烯的拉伸模量(1.01 TPa)和极和极限强度限强度(116 GPa)与单壁碳纳米管与单壁碳纳米管(SWCNT)相当相当单层的石墨烯为肉眼所见的透明材单层的石墨烯为肉眼所见的透明材料，透光率可达料，透

5、光率可达97.7%石墨烯还兼具有质轻、比表面积大石墨烯还兼具有质轻、比表面积大(2600 m2/g)等特点等特点COOHCOOHHOOCHOOCCOOHHOOOHOOHOOOHHOHOOOxidationGraphene Oxide(GO)GraphiteCOOHCOOHHOOCHOOCCOOHHOOOHOOHOOOHHOOHOCOOHCOOHHOOCHOOCHOOCOHOOHOOHOOHOHOOHOGraphite OxideSonication微机械剥离法 化学气相沉积法（Ni）真空外延生长法（SiC） 化学氧化还原法4 4、石墨烯制备方法、石墨烯制备方法 氧化石墨能够稳定分散在中性或碱性

6、条件的水及极性溶剂（如DMF、NMP）中，而在酸性介质中已沉淀的形式存在。增加石墨烯在各种不同溶剂（特别是酸性介质）中的分散性亟待解决。 芘丁酸琥珀酰亚胺酯能够通过共轭吸附在石墨烯表面。共轭高分子磺化聚苯胺功能化的石墨烯能够溶于水，有很好的空气稳定性和电化学活性。Y. X. Xu, H. Bai, et al, J. Am. Chem. Soc.,2008, 130, 5856H. Bai, et al,Chem. Commun., 2009,1667.5、石墨烯非共价键功能化、石墨烯非共价键功能化 基于环氧基团的反应 Huafeng Yang et al. Chem Commun. 2009

7、(26): 3880-3882Huafeng Yang, et al. J Mater Chem. 2009, 19: 4632-46386、石墨烯共价键功能化、石墨烯共价键功能化氧化石墨羧基的衍生反应氧化石墨羧基的衍生反应OHOCOOHOHOCOClOHOCONHRSOCl2RNH2OHOCOORROHRNH2EDC/DCC 基于羧基的反应6、石墨烯共价键功能化、石墨烯共价键功能化三、技术路线三、技术路线电学性能好电学性能好力学性能优力学性能优高强，高模，高强，高模，耐高温，耐高温，环境稳定性环境稳定性PBO石墨烯复合材料石墨烯复合材料导热率导热率热分解温度热分解温度介电常数介电常数介电损耗

8、介电损耗击穿电压击穿电压ONNOnOHHOH2NNH2HClClHCOOHHOOC+PPAP2O5+H2O+HCl2DAR,213.06g/molTA,166.13g/molPBO,234.21g/mol72.06g/mol72.92g/mol1、PBO聚合的制备聚合的制备其他聚合物的合成其他聚合物的合成2、石墨烯的制备及改性、石墨烯的制备及改性COOHCOOHHOOCHOOCCOOHHOOOHOOHOOOHHOHOOOxidationGraphene Oxide(GO)GraphiteCOOHCOOHHOOCHOOCCOOHHOOOHOOHOOOHHOOHOCOOHCOOHHOOCHOOCH

9、OOCOHOOHOOHOOHOHOOHOGraphite OxideSonicationSOCl2COClCOClClOCClOCCOClHOOOHOOHOOOHHOHOOGraphene Oxide Chloride(GO-Cl)石墨烯酰氯化石墨烯酰氯化2、石墨烯的制备及改性、石墨烯的制备及改性 石墨烯接枝聚合物石墨烯接枝聚合物BSATPCNH2HClOHNHSiMe3OSiMe3COHNMe3SiOCnClHH2NHOMe3SiHNMe3SiOHNOSiMe3OOCCOOCHOOOHOOHOOOHHOHOONH-PAOHNH-PAOHHNPAOHGO-ClGO-PAOH紫外吸收光谱紫外吸收

10、光谱3、溶液共混法制备复合材料溶液共混法制备复合材料GO-PAOH/MSAPBO/MSA混合、制膜、洗涤混合、制膜、洗涤GO-PAOH/PBO热处理热处理GNs/PBO4、原位聚合法制备复合材料、原位聚合法制备复合材料*ONNONH2OHONmHOOOHOOHOOOHHOHOO*ONNOH2NOHONxCCOOCHOOOHOOHOOOHHOHOONH-PAOHHNPAOHHNOHNOHHOCOCOHNNH2OHHOn*ONNONH2OHONHOOCPPA120180m+四、实验进展 PBO基体的制备及相关表征 石墨烯的制备与聚合物改性 改性石墨烯的表征 溶液共混法制备复合材料 复合材料的表征

11、原位聚合法制备复合材料 复合材料的表征1、设想、设想PBO低介电常数的原因1、高共轭链段的刚棒结构影响了分子链的柔顺性，影响了偶极的取向；2、偶极在主链上，不易取向；1、提高主链的柔顺性2、提高偶极的取向能力1、主链只含有C-C键，提高链段活动能力2、偶极只在侧链上，提高偶极的取向能力制备侧链含苯并噁唑基团的柔性聚合物制备侧链含苯并噁唑基团的柔性聚合物2、支链含噁唑基团聚合物及石、支链含噁唑基团聚合物及石墨烯墨烯复合材料复合材料的制备的制备NH2OHCClOCHNOOH+OHNCCCH3HCH2OHNCCCH3H2CH*n300ONCCCH3CH2ONCCCH3H2C*nOHNCCCH3HCH

12、2线路线路1线路线路22、支链含噁唑基团聚合物及石、支链含噁唑基团聚合物及石墨烯墨烯复合材料复合材料的制备的制备COOHHOOOHOOHOOOHHOHOOCOOHHOOCN2H4.H2OCOOHCOOHHOOCOHOHNH2OHONOCOOHCOOHHOOCOHOHOHHOOHHOGNs-OH2、支链含噁唑基团聚合物及石、支链含噁唑基团聚合物及石墨烯墨烯复合材料复合材料的制备的制备GNs-InitCuBrOOBr+PAOH-VCOOHCOOHHOOCOHOHOOOOBrOBrBrOBrOBrOBrOGNs-InitGNs-PolymerMe3SiOOSiMe3COSiMe3CHNOCHNOHNOPAOH-VCOSiMe3nCHNOHNOSiMe3Me3SiOOCOPolymer 研究不同聚合物结构（研究不同聚合物结构（支化、交联支化、交联）对聚合物）对聚合物柔顺性的影响，及最终柔顺性的影响，及最终GNs-Polymer 杂化材料介电杂化材料介电性能的影响性能的影响。五、进度安排五、进度安排