G-BT/聚酰亚胺复合材料的制备与储能性能

作     者：吕佳顺 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈向群

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：聚酰亚胺 钛酸钡 石墨烯 复合 高温储能 

摘      要：随着科学技术的发展,电容器在高温环境下得到了越来越多的应用,这就为耐温储能电介质提出了巨大的挑战。聚酰亚胺(PI)以其优异的热稳定性、良好的绝缘性而得到了广泛关注。PI的介电强度高,易加工,但其介电常数低,仅在3.4左右,这限制了它在电介质领域的应用,通过复合改性提高其介电性能已经成为了国内外的研究热点。本论文对PI的结构进行设计,向其中引入噁唑基团,以BZD、BPDA以及实验室自制的含噁唑二胺单体TMBA作为反应单体,采用两步法合成PI,首先合成中间产物聚酰胺酸(PAA),然后梯度升温,100℃、120℃、150℃、170℃、200℃、250℃、300℃,进行亚胺化脱水,得到PI。考察噁唑含量对PI的介电性能的影响;噁唑含量为0.1的PI-3样品,各方面性能最优,常温下介电常数达到3.86,高于其他组分的3.5左右。以PI-3为基体,向其中引入BT和G作为复合相。以原位聚合的方法,先向其中复合使用硅烷偶联剂ATPS修饰后的BT,成功之后继续复合ATPS修饰的G,以两步法合成PI复合电介质。研究发现,BT对力学性能、热稳定性,热介电稳定性均有利,其的存在使得PI的介电常数对温度的敏感度下降,且BT的含量越大,介电常数越高,介电强度越低;G的引入对PI的介电常数有显著提升,常温下G含量为1 wt%的G/PI-2样品的介电常数已经达到了10.36,是基体PI-3的2.68倍,不过其的存在会显著降低PI的介电强度,常温下G/PI-2的介电强度为64.42 MV/m,仅为基体PI-3的13.06%。本文合成的聚酰亚胺样品的介电损耗均不超过0.026,低于文献平均值0.04,纯PI样品的介电强度高,PI-3的常温介电强度达到493.28 MV/m,高于文献平均值300 MV/m。研究发现所有PI样品的介电常数随温度升高先下降后上升,90℃时达到最小值。储能方面,PI-3在常温下的储能达到了1.44 J/cm,;加入复合相后介电常数有了显著提升,储能密度上升,效率下降;本文合成的PI样品的热稳定性均十分良好,在200℃下几乎可以无损工作,在500℃下损失量很少,在5%左右。