Name: application of a coupling agent to improve the dielectric properties of polymer-based nanocomposites
Uploaded: 2020-09-19T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Application of a Coupling Agent to Improve the Dielectric Properties of Polymer-Based Nanocomposites at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af Taiyuan University of Science and Technology Scientific Research Initial Funding (20182028), ph.d.-grundlaget for Shanxi-provinsen (20192006), Natural Science Foundation of Shanxi-provinsen (201703D111003), Science and Technology Major Project of Shanxi Province (MC2016-01) og Project U610256 støttet af National Natural Science Foundation of China.

1. Overfladeændring af BT-fyldstoffer
<ol><li>Forbered 20 ml KH550 opløsning (1 wt% KH550 i 95 wt% ethanol-vand opløsningsmiddel) og ultralyd i 15 min.</li>
	<li>BT-nanopartikler (dvs. fyldstof) og KH550, så fyldstoffer kan belægges med 1, 2, 3, 4, 5 wt% af koblingsmidlet. Behandl 1 g BT nanopartikler i 1,057, 2,114, 3.171, 4.228 og 5.285 ml KH550 opløsning med 30 min ultralydbehandling.</li>
	<li>Vandethanolopløsningen fordampes fra blandingen ved 80 °C i 5 timer og derefter ved 120 °C i 12 timer i en vakuumo...

<ol>
	<li>Lines, M. E., Glass, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles and applications of ferroelectrics and related materials. , (2001).</li><li>Nalwa, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of low and high dielectric permittivity materials and their applications, phenomena, properties and applications. , (1999).</li><li>Kao, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dielectric phenomena in solids. , (2004).</li><li>Tong, Y., Li, L., Liu, J., Zhang, K., Jiang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+coupling+agent+on+the+microstructure+and+dielectric+properties+of+free-standing+ceramic-polymer+composites.">Influence of coupling agent on the microstructure and dielectric properties of free-standing ceramic-polymer composites.</a> Materials Research Express. 6 (9), 095322 (2019).</li><li>Zhang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+functionalization+of+poly(4-methyl-1-pentene)+films+for+high+energy+storage+applications.">Controlled functionalization of poly(4-methyl-1-pentene) films for high energy storage applications.</a> Journal of Materials Chemistry A. 4 (13), 4797-4807 (2016).</li><li>Zhang, L., Cheng, Z. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+polymer-based+0-3+composites+with+high+dielectric+constant.">Development of polymer-based 0-3 composites with high dielectric constant.</a> Journal of Advanced Dielectrics. 1 (04), 389-406 (2011).</li><li>Barsoum, M., Barsoum, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of ceramics. , (2002).</li><li>Jaffe, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Piezoelectric ceramics. , (2012).</li><li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=All-organic+dielectric+nanocomposites+using+conducting+polypyrrole+nanoclips+as+filler.">All-organic dielectric nanocomposites using conducting polypyrrole nanoclips as filler.</a> Composites Science Technology. 167, 285-293 (2018).</li><li>Liao, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+hdC-G+reinforced+polyimide+composites+with+high+dielectric+permittivity.">Flexible hdC-G reinforced polyimide composites with high dielectric permittivity.</a> Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 101, 50-58 (2017).</li><li>Xu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+foldable+PANi@+CNTs/PU+dielectric+composites+toward+thin-film+capacitor+application.">Highly foldable PANi@ CNTs/PU dielectric composites toward thin-film capacitor application.</a> Materials Letters. 192, 25-28 (2017).</li><li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nano-clip+based+composites+with+a+low+percolation+threshold+and+high+dielectric+constant.">Nano-clip based composites with a low percolation threshold and high dielectric constant.</a> Nano Energy. 26, 550-557 (2016).</li><li>Zhou, S., Zhou, G., Jiang, S., Fan, P., Hou, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+and+refractory+tantalum+carbide-carbon+electrospun+nanofibers+with+high+modulus+and+electric+conductivity.">Flexible and refractory tantalum carbide-carbon electrospun nanofibers with high modulus and electric conductivity.</a> Materials Letters. 200, 97-100 (2017).</li><li>Zhang, L., Du, W., Nautiyal, A., Liu, Z., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+progress+on+nanostructured+conducting+polymers+and+composites:+synthesis,+application+and+future+aspects.">Recent progress on nanostructured conducting polymers and composites: synthesis, application and future aspects.</a> Science China Materials. 61 (3), 303-352 (2018).</li><li>Xie, Y., Yu, Y., Feng, Y., Jiang, W., Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+Stretchable+Nanocomposites+with+High+Energy+Density+and+Low+Loss+from+Cross-Linked+PVDF+Filled+with+Poly(dopamine)+Encapsulated+BaTiO3.">Fabrication of Stretchable Nanocomposites with High Energy Density and Low Loss from Cross-Linked PVDF Filled with Poly(dopamine) Encapsulated BaTiO3.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 9 (3), 2995-3005 (2017).</li><li>Zhang, L., Wu, P., Li, Y., Cheng, Z. Y., Brewer, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+process+and+dielectric+properties+of+Ba0.5Sr0.5TiO3-P(VDF-CTFE)+nanocomposites.">Preparation process and dielectric properties of Ba0.5Sr0.5TiO3-P(VDF-CTFE) nanocomposites.</a> Composite Part B: Engineering. 56, 284-289 (2014).</li><li>Dang, Z. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals,+processes+and+applications+of+high-permittivity+polymer-matrix+composites.">Fundamentals, processes and applications of high-permittivity polymer-matrix composites.</a> Progress in Materials Science. 57 (4), 660-723 (2012).</li><li>Wu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+coupling+agents+on+the+dielectric+properties+and+energy+storage+of+Ba0.5Sr0.5TiO3/P(VDF-CTFE)+nanocomposites.">Effect of coupling agents on the dielectric properties and energy storage of Ba0.5Sr0.5TiO3/P(VDF-CTFE) nanocomposites.</a> AIP Advances. 7 (7), 075210 (2017).</li><li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+and+microstructure+to+achieve+ultra-high+dielectric+constant+in+ceramic-polymer+composites.">Process and microstructure to achieve ultra-high dielectric constant in ceramic-polymer composites.</a> Scientific Reports. 6, 35763 (2016).</li><li>Lu, X., Tong, Y., Cheng, Z. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+characterization+of+free-standing,+flexible+and+translucent+BaTiO3-P+(VDF-CTFE)+nanocomposite+films.">Fabrication and characterization of free-standing, flexible and translucent BaTiO3-P (VDF-CTFE) nanocomposite films.</a> Journal of Alloys and Compounds. 770, 327-334 (2019).</li><li>Goyal, R. K., Katkade, S. S., Mule, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric,+mechanical+and+thermal+properties+of+polymer/BaTiO3+composites+for+embedded+capacitor.">Dielectric, mechanical and thermal properties of polymer/BaTiO3 composites for embedded capacitor.</a> Composites Part B: Engineering. 44 (1), 128-132 (2013).</li><li>Pan, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+discharge+and+highenergy+density+of+nanocomposite+capacitors+using+Ba0.6Sr0.4TiO3nanofibers.">Fast discharge and highenergy density of nanocomposite capacitors using Ba0.6Sr0.4TiO3nanofibers.</a> Ceramics International. 42 (13), 14667-14674 (2016).</li><li>Hu, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+dielectric+properties+of+poly(vinylidene+fluoride)/Ba0.6Sr0.4TiO3+composites.">Preparation and dielectric properties of poly(vinylidene fluoride)/Ba0.6Sr0.4TiO3 composites.</a> Journal of Alloys and Compounds. 619, 686-692 (2015).</li><li>Chen, Y., Chan, H. L. W., Choy, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocrystalline+lead+titanate+and+lead+titanate/vinylidene+fluoride-trifluoroethylene+0-3+nanocomposites.">Nanocrystalline lead titanate and lead titanate/vinylidene fluoride-trifluoroethylene 0-3 nanocomposites.</a> Journal of the American Ceramic Society. 81 (5), 1231-1236 (1998).</li><li>Singh, P., Borkar, H., Singh, B. P., Singh, V. N., Kumar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ferroelectric+polymer-ceramic+composite+thick+films+for+energy+storage+applications.">Ferroelectric polymer-ceramic composite thick films for energy storage applications.</a> AIP advances. 4 (8), 087117 (2014).</li><li>Dang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals,+processes+and+applications+of+high-permittivity+polymer-matrix+composites.">Fundamentals, processes and applications of high-permittivity polymer-matrix composites.</a> Progress in Materials Science. 57 (4), 660-723 (2012).</li><li>Arbatti, M., Shan, X. B., Cheng, Z. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ceramic-Polymer+Composites+with+High+Dielectric+Constant.">Ceramic-Polymer Composites with High Dielectric Constant.</a> Advanced Materials. 19 (10), 1369-1372 (2007).</li><li>Fan, B., Liu, Y., He, D., Bai, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Achieving+polydimethylsiloxane/carbon+nanotube+(PDMS/CNT)+composites+with+extremely+low+dielectric+loss+and+adjustable+dielectric+constant+by+sandwich+structure.">Achieving polydimethylsiloxane/carbon nanotube (PDMS/CNT) composites with extremely low dielectric loss and adjustable dielectric constant by sandwich structure.</a> Applied Physics Letters. 112 (5), 052902 (2018).</li><li>Liao, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+surface-modified+TiO2+nanorod+array/P(VDF-HFP)+dielectric+capacitor+with+ultra-high+energy+density+and+efficiency.">A surface-modified TiO2 nanorod array/P(VDF-HFP) dielectric capacitor with ultra-high energy density and efficiency.</a> Journal of Materials Chemistry C. 5 (48), 12777-12784 (2017).</li><li>Mittal, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Silanes and Other Coupling Agents. 3, (2004).</li><li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superior+Energy+Storage+Performances+of+Polymer+Nanocomposites+via+Modification+of+Filler/Polymer+Interfaces.">Superior Energy Storage Performances of Polymer Nanocomposites via Modification of Filler/Polymer Interfaces.</a> Advanced Materials Interfaces. 5 (11), 1800096 (2018).</li><li>Yeh, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+and+optical+properties+of+PMMA-titania+hybrid+materials+prepared+by+sol-gel+approach+with+HEMA+as+coupling+agent.">Thermal and optical properties of PMMA-titania hybrid materials prepared by sol-gel approach with HEMA as coupling agent.</a> Journal of Applied Polymer Science. 94 (1), 400-405 (2004).</li><li>Yang, C., Song, H. S., Liu, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+coupling+agents+on+the+dielectric+properties+of+CaCu3Ti4O12/PVDF+composites.">Effect of coupling agents on the dielectric properties of CaCu3Ti4O12/PVDF composites.</a> Composites Part B: Engineering. 50, 180-186 (2013).</li><li>Iijima, M., Sato, N., Lenggoro, I. W., Kamiya, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Modification+of+BaTiO3+Particles+by+Silane+Coupling+Agents+in+Different+Solvents+and+Their+Effect+on+Dielectric+Properties+of+BaTiO3/Epoxy+Composites.">Surface Modification of BaTiO3 Particles by Silane Coupling Agents in Different Solvents and Their Effect on Dielectric Properties of BaTiO3/Epoxy Composites.</a> Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 352 (1-3), 88-93 (2009).</li><li>Zhang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+Dielectric+Tunability+of+Ba0.6Sr0.4TiO3/Poly(vinylidene+fluoride)+Composites+via+Interface+Modification+by+Silane+Coupling.">Enhanced Dielectric Tunability of Ba0.6Sr0.4TiO3/Poly(vinylidene fluoride) Composites via Interface Modification by Silane Coupling.</a> Agent. Composites Science and Technology. 129, 93-100 (2016).</li><li>Dang, Z. M., Wang, H. Y., Xu, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Silane+Coupling+Agent+on+Morphology+and+Dielectric+Property+in+BaTiO3/Polyvinylidene+fluoride+Composites.">Influence of Silane Coupling Agent on Morphology and Dielectric Property in BaTiO3/Polyvinylidene fluoride Composites.</a> Applied Physics Letters. 89 (11), 112902 (2006).</li><li>Tong, Y., Zhang, L., Bass, P., Rolin, T. D., Cheng, Z. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+silane+coupling+agent+on+microstructure+and+properties+of+CCTO-P(VDF-CTFE)+composites.">Influence of silane coupling agent on microstructure and properties of CCTO-P(VDF-CTFE) composites.</a> Journal of Advanced Dielectrics. 8 (02), 1850008 (2018).</li><li>Shan, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> High dielectric constant 0-3 ceramic-polymer composites. , (2009).</li></ol>

Som beskrevet ovenfor, den metode, der er udviklet ved dette arbejde kunne med held forbedre energi-lagring ydeevne keramiske-polymer nanokompositter. For at optimere effekten af en sådan metode, er det afgørende at kontrollere mængden af koblingsmiddel, der anvendes i keramisk-overflade modifikation. For keramiske nanopartikler med en diameter på ~200 nm blev det eksperimentelt fastslået, at 2 wt% af KH550 kunne føre til en maksimal energitæthed. For andre kompositsystemer kan denne konklusion anvendes ca. når f...

De dielektriskestoffer,der anvendes i elektriske energilagringsenheder , er hovedsagelig karakteriseret ved hjælp af to vigtige parametre: den dielektriske konstant (εr) og nedbrydningsstyrken (Eb)1,2,3. Generelt udviser organiske materialer som polypropylen (PP) et højt Eb (~102 MV/m) og en lav εr (for det meste <5)4,5,6, mens uorganiske materialer, især ferroelektriske stoffer som BaTiO3, udviser en høj εr (103-104) og en lav Eb (~ 100 MV / m)6,7,8., I nogle applikationer er fleksibilitet og evnen til at modstå høje mekaniske påvirkninger også vigtige for fremstilling af dielektriske kondensatorer4. Det er derfor vigtigt at udvikle metoder til fremstilling af polymerbaserede dielektriske kompositter, især til udvikling af billige metoder til at skabe højtydende 0-3 nanokompositter med høj εr og Eb9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. Til dette formål accepteres tilberedningsmetoder baseret på ferroelektriske polymermatricer såsom polarpolymeren PVDF og dens korrelerede copolymers bredt på grund af deres højere εr (~10)4,19,20. I disse nanokompositter, partikler med høj er, især ferroelektrisk keramik, er blevet udbredt somfyldstoffer 6,20,21,,22,23,24,25.,
Ved udvikling af metoder til fremstilling af keramiske polymer kompositter, er der en generel bekymring for, at dielektriske egenskaber kan være væsentligt påvirket af fordelingen affyldstoffer 26. Homogeniteten af dielektriske kompositter bestemmes ikke kun af tilberedningsmetoderne, men også af vådheden mellem matrixen ogfyldstofferne 27. Det er blevet bevist af mangeundersøgelser,at den manglende ensartethed af keramiske-polymer kompositter kan elimineres ved fysiske processer såsom spin-belægning28,29 og hot-presserende19,26. Men ingen af disse to processer ændrer overfladeforbindelsen mellem fyldstoffer og matricer; de kompositter , der fremstilles ved disse metoder , er derfor stadig begrænset til at forbedre εr og Eb19,27. Ud fra et fremstillingssynspunkt er ubekvemme processer desuden uønskede for mange anvendelser, fordi de kan føre til langt mere kompleksefabrikationsprocesser 28,29. I den forbindelse er der behov for en enkel og effektiv metode.
I øjeblikket er den mest effektive metode til at forbedre foreneligheden af keramisk-polymer nanokompositter baseret på behandling af keramiske nanopartikler, som ændrer overfladekemi mellem fyldstoffer og matricer30,31. Nylige undersøgelser har vist, at koblingsmidler let kan belagt med keramiske nanopartikler og effektivt ændre vådheden mellem fyldstoffer og matricer uden at påvirke støbningsprocessen32,33,34,35,36. For overflade modifikation er det almindeligt accepteret, at der for hvert sammensat system er en passende mængde koblingsmiddel, hvilket svarer til en maksimal stigning i energilagringstætheden37; overskydende koblingsmiddel i kompositmaterialer kan resultere i et fald i produkternesydeevne 36,37,38. For dielektriske kompositter ved hjælp af nano-størrelse keramiske fyldstoffer, er det spekuleret, at effektiviteten af koblingsmiddel hovedsagelig afhænger af overfladearealet af fyldstoffer. Det kritiske beløb, der skal anvendes i hvert nanosystem, er dog endnu ikke fastlagt. Kort sagt, yderligere forskning er nødvendig for at bruge koblingsmidler til at udvikle enkle processer til fremstilling af keramisk-polymer nanokompositter.
I dette arbejde blev BaTiO3 (BT), det mest studerede ferroelektrisk materiale med høj dielektrisk konstant, anvendt som fyldstoffer, og P(VDF-CTFE) 91/9 mol% copolymer (VC91) blev brugt som polymermatrix til fremstilling af keramiske polymerkompositter. For at ændre overfladen af BT nanofillers, de kommercielt tilgængelige 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) blev købt og brugt som koblingsmiddel. Den kritiske mængde af nanokompositsystemet blev bestemt gennem en række forsøg. En nem, billig og bredt anvendelig metode er påvist at forbedre energitætheden af kompositsystemer i nanostørrelse.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:827px;" width="826">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">3-Aminopropyltriethoxysilane (KH550)</td>
			<td style="width:184px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">440140</td>
			<td style="width:223px;">Liquid, Assay: 99%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">95 wt.% ethanol-water</td>
			<td style="width:184px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">459836</td>
			<td>Liquid, Assay: 99.5%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:259px;">BaTiO3 nanoparticles</td>
			<td style="width:184px;">US Research Nanomaterials</td>
			<td style="width:161px;">US3830</td>
			<td>In a diameter of about 200 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">Ferroelectric tester</td>
			<td style="width:184px;">Radiant</td>
			<td style="width:161px;">Precision-LC100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">Glass substrates</td>
			<td style="width:184px;">Citoglas</td>
			<td style="width:161px;">16397</td>
			<td>75 x 25 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">Gold coater</td>
			<td style="width:184px;">Pelco</td>
			<td style="width:161px;">SC-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">High voltage supplier</td>
			<td style="width:184px;">Trek</td>
			<td style="width:161px;">610D</td>
			<td>10 kV</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">Impedance analyzer</td>
			<td style="width:184px;">Keysight</td>
			<td style="width:161px;">4294A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">N, N dimethylformamide</td>
			<td style="width:184px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:161px;">GEN002007</td>
			<td>Liquid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">P(VDF-CTFE) 91/9 mol.% copolymer</td>
			<td style="width:184px;"></td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">Scanning Electron Microscopy (SEM)</td>
			<td style="width:184px;">JEOL</td>
			<td style="width:161px;">JSM-7000F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:259px;">Vacuum oven</td>
			<td style="width:184px;">Heefei Kejing Materials Technology Co, Ltd</td>
			<td style="width:161px;">DZF-6020</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

application of a coupling agent to improve the dielectric properties of polymer-based nanocomposites

I dette arbejde blev der udviklet en nem, billig og bredt anvendelig metode til at forbedre kompatibiliteten mellem de keramiske fyldstoffer og polymermatrixen ved at tilføje 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) som koblingsmiddel under fremstillingsprocessen af BaTiO3-P(VDF-CTFE) nanokompositter gennem opløsningsstøbning. Resultaterne viser, at brugen af KH550 kan ændre overfladen af keramiske nanofillers; Derfor blev der opnået god vådhed på grænsefladen mellem keramiske og polymerer, og de forbedrede energilagringsegenskaber blev opnået af en passende mængde koblingsmiddel. Denne metode kan bruges til at forberede fleksible kompositter, hvilket er meget ønskeligt for produktion af højtydende film kondensatorer. Hvis der anvendes en for stor mængde koblingsmiddel i processen, kan løsgængeren deltage i komplekse reaktioner, hvilket fører til et fald i dielektrisk konstant og en stigning i dielektrisk tab.

De fritstående nanokompositfilm med forskelligt indhold af fyldstoffer blev med succes fremstillet som beskrevet i protokollen og blev mærket som xBT-VC91, hvor x er volumenprocenten af BT i kompositterne. Virkningen af KH550 (koblingsmiddel) på morfologi og mikrostruktur af disse BT-VC91-film blev undersøgt af SEM og vist i figur 1. SEM-billederne af 30BT-VC91 nanokompositter med 1 og 5 wt% koblingsmiddel er vist i figur 1a og figur 1b<...

Watch this Scientific Journal Video about Application of a Coupling Agent to Improve the Dielectric Properties of Polymer-Based Nanocomposites at JoVE.com

Application of a Coupling Agent to Improve the Dielectric Properties of Polymer-Based Nanocomposites

Her demonstrerer vi en enkel og billig løsningsstøbningsproces for at forbedre kompatibiliteten mellem fyldstof og matrix af polymerbaserede nanokompositter ved hjælp af overfladetætte BaTiO3 fyldstoffer, som effektivt kan forbedre kompositternes energitæthed.

Anvendelse af et koblingsmiddel til at forbedre de dielektriske egenskaber polymer-baserede nanokompositter

In this work, an easy, low-cost, and widely applicable method was developed to improve the compatibility between the ceramic fillers and the polymer ...

Det blev bevist, at brugen af kommercielle koblingsagenter kunne ændre overfladen af keramiske nanofillers, derfor blev der opnået god vådhed på grænsefladen mellem keramiske polymerer, og de forbedrede energilagringspræstationer blev opnået ved hjælp af en passende mængde koblingsmiddel. Den metode, der er udviklet ved dette arbejde, kan anvendes til fremstilling af fleksible kompositter, hvilket er meget ønskeligt for produktionen af højtydende film kondensatorer. Forbered opløsningen af KH550 med 95 vægt procent ethanol vand opløsningsmiddel med 15 minutter ultralydbehandling.Behandl BT-nanopartiklerne i KH550-opløsninger med 30 minutters ultralydbehandling. I denne proces måles vægtene af KH550 og BT nanopartikler fyldstoffer belagt med en, to, tre, fire og fem vægt procent af koblingsmiddel i KH550 fortyndet opløsning med et volumen på fem milliliter. Fordamp vand-ethanol opløsningsmidlet fra matrix ved 80 grader C i fem timer, og derefter til 120 grader C i 12 timer i en vakuumovn.Brug de tørre nanopartikler som overflade modificerede fyldstoffer i fremstillingen af BTVC-91 nanokompositter. Den ene blev den DMF-baserede polymeropløsning fremstillet ved at opløse 0,3 gram polymerpulver i 10 milliliter DMF ved stuetemperatur ved magnetisk omrøring i otte timer. To, barium titanat nanopartikler blev tilføjet i opløsningen, derefter efterfulgt med 12 timers omrøring til at danne homogen suspension og ultralydiseret i 30 minutter.I forberedelsesprocessen blev både det uændrede bariumtant og bariumtanatet belagt med koblingsmiddel brugt. Derefter blev suspensionen støbt på et forvarmet klasseunderlag for at lave film. Tre milliliter af suspensionen blev tabt på hver af glasunderlaget.Fem, glasset substrat med suspensioner blev derefter holdt i ovnen ved 70 grader i otte timer for at fordampe opløsningsmidlet. Seks, endelig, de as-cast film blev udgivet fra glas substrat og opnåede fritstående film blev udglødet ved 160 grader C i luften i 12 timer. De fritstående nanokompositfilm blev med succes fremstillet i henhold til protokollen.Det blev bekræftet af SEM, at de keramiske nanopartikler, der blev behandlet med en passende mængde koblingsmiddel, som kunne fordeles ensartet i nanokompositterne under støbning, mens den store mængde koblingsmiddel kan forårsage interaktioner mellem keramiske nanopartikler og føre til sammenlægning af fyldstoffer. For nanokompositter med lavt fyldstofindhold var komposittenes dielektriske konstant stort set uændret med en lille mængde koblingsmiddel og falder en smule med den fremtidige stigende koblingsmiddelbeløb. For nanokompositter med højt fyldstofindhold stiger komposittenes dielektriske konstant negativt med en lille mængde koblingsmiddel og falder kraftigt med den fremtidige stigende koblingsmiddel mængde.Med hensyn til dielektrisk tab har nanokompositterne med koblingsagent et højere dielektrisk tab end nanokompositterne uden koblingsmiddel. De maksimale opdelingsstyrke blev opnået, da der blev anvendt to vægtprocent koblingsmiddel. En lavere opdeling styrker blev fundet fra nanokompositter med en højere mængde koblingsmiddel.På grund af de forbedrede nedbrydningsstyrke og vores relativt høje udledningseffektivitet blev nanokompositternes maksimale energitæthed med en lille mængde koblingsmiddel forbedret. I dette arbejde, barium titanate, den mest studerede ferroelektrisk materiale med høj dielektrisk konstant blev brugt som fyldstoffer. PVDF-CTFE copolymer blev brugt som polymermatrix til fremstilling af keramiske polymerkompositmaterialer.For at ændre overfladen af barium titanat nanofillers, blev de kommercielt tilgængelige KH550 købt og brugt som koblingsmiddel. De kritiske mængde af nanocomposite systemet blev bestemt af rækken af eksperiment. En nem, billig og den udbredte anvendelige metode til at forbedre energitætheden i det kompositionssystem i nanostørrelse blev demonstreret.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Engineering

Unit 1

Capacitance

SCIENTISTS IN ACTION

Using Microwave and Macroscopic Samples of Dielectric Solids to Study the Photonic Properties of Disordered Photonic Bandgap Materials

Hjælp af mikrobølger og Makroskopiske Prøver af dielektriske Tørstof at studere den fotoniske egenskaber Disordered Fotoniske Bandgap Materialer

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Fremstillingen af ​​elektrohydrodynamisk Bridges fra Polar Dielektriske Væsker

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices

In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices

In Situ Tidsafhængig Dielektriske Opdeling i Transmission Electron Microscope: En Mulighed for at forstå Manglende Mechanism i mikroelektroniske indretninger

The time-dependent dielectric breakdown (TDDB) in on-chip interconnect stacks is one of the most critical failure mechanisms for microelectronic devices. ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

Fabrication Processen med silikone-baserede Dielektriske Elastomer aktuatorer

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

Elektroaktiv Polymer Nanopartikler udstiller fototermisk Properties

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step ...

Measuring Spray Droplet Size from Agricultural Nozzles Using Laser Diffraction

Måling Spray Droplet Størrelse fra Jordbrugsvidenskabelige Dyser Brug Laser Diffraktion

When making an application of any crop protection material such as an herbicide or pesticide, the applicator uses a variety of skills and information to ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

Optisk Trap Loading af Dielektrisk mikropartikler i Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

New Application of an Atmospheric Pressure Plasma Jet as a Neuro-protective Agent Against Glucose Deprivation-induced Injury of SH-SY5Y Cells

Ny anvendelse af et atmosfæretryk Plasma Jet som en Neuro-beskyttende middel mod glukose afsavn-induceret skade af SH-SY5Y celler

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions ...

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

Bestemmelse af Excitation og kobling mellem lys udledere og overflade Plasmon Polaritons

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...