题目：聚丙烯基薄膜材料的界面调控与储能性能研究

摘要

人类工业飞速发展使得能源成为最大的需求，其中能源的存储成为能源利用中非常关键的环节。发展高工作电压和可靠性好的功率调节能源存储装置是研究的热点之一。电容器由于充放电迅速，相较于电池有独特优势。随着电子器件小型轻量化发展，目前电容器的应用受到其低储能密度的限制。本论文以聚合物基介电复合薄膜材料为研究对象，分别从无机填料的结构设计和有机基体-无机填料界面调控，改善填料在基体中的分散状态，从而提高材料的击穿强度，优化复合材料的储能性能。

通过熔融热压法制备了铝片/聚丙烯复合材料薄膜，铝片在聚丙烯中平行于薄膜表面排布，同时铝片外层自钝化的无机绝缘层能有效抑制复合材料的介电损耗。当铝片体积分数为12%时，复合材料介电常数从1.75增加到3.8，而介电损耗仅为0.0016。由于铝片粒径较大，相互搭接使击穿提前发生，储能性能并不理想。

利用蒙脱土的天然层状结构，将钠基蒙脱土机械剥离得到蒙脱土纳米片层，采用溶液涂膜的方法制备复合薄膜材料，分别研究了十六烷基三甲基溴化铵和硅烷偶联剂KH570对蒙脱土在基体中分散性的影响，结果表明十六烷基三甲基溴化铵改性的蒙脱土分散性更佳。以十六烷基三甲基溴化铵处理的蒙脱土为填料，采用溶液涂膜法制备了CTAB-蒙脱土/聚丙烯和CTAB-蒙脱土/聚偏氟乙烯复合材料薄膜。在蒙脱土/聚丙烯基复合薄膜中，随着蒙脱土含量增加，薄膜的介电常数和介电损耗先增大，后减小。纯聚丙烯薄膜击穿强度达到344.98 kV/mm，储能密度为1.34J/cm3，而蒙脱土的存在阻碍了溶剂挥发，材料内部产生大量孔洞，降低了薄膜的击穿强度和储能密度，当蒙脱土含量为5wt%时，复合材料的击穿强度为190.55 kV/mm，储能密度降至0.45 J/cm3。在蒙脱土/聚偏氟乙烯复合薄膜中，随蒙脱土含量增加，薄膜的介电常数先增大后降低，介电损耗先减小后升高，击穿强度先升高后降低，当蒙脱土含量为3wt%时，复合材料介电常数最大为9.6，介电损耗最小为0.02，复合材料击穿强度提高到480.8 kV/mm，比PVDF膜的击穿强度380.2 kV/mm提高了26%，复合材料的储能密度从PVDF膜的5.34  J/cm3提高到5.51 J/cm3，复合材料达到击穿强度E0时的“最大”储能密度达到7.62 J/cm3，比纯PVDF的5.88 J/cm3增长了30%。