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

Dit werk werd ondersteund door de Taiyuan University of Science and Technology Scientific Research Initial Funding (20182028), de doctoraatsstichting van de provincie Shanxi (20192006), de Natural Science Foundation van de provincie Shanxi (201703D111003), het Science and Technology Major Project of Shanxi Province (MC2016-01) en Project U610256 ondersteund door National Natural Science Foundation of China.

1. Oppervlaktewijziging van BT-vulstoffen
<ol><li>Bereid 20 mL KH550-oplossing (1 wt% KH550 in 95 wt% ethanol-water oplosmiddel) en ultrasoon gedurende 15 minuten.</li>
	<li>Weeg bt nanodeeltjes (d.w.z. de vuller) en KH550, respectievelijk, zodat vulstoffen kunnen worden gecoat met 1, 2, 3, 4, 5 wt% van het koppelingsmiddel. Behandel 1 g BT nanodeeltjes in 1.057, 2.114, 3.171, 4.228 en 5.285 mL KH550 oplossing bij 30 min ultrasoon.</li>
	<li>Verdamp het water-ethanol oplosmiddel uit het mengsel bij 80 °C gedurende 5 u...

<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>

Zoals hierboven besproken, zou de methode die door dit werk is ontwikkeld, de energieopslagprestaties van keramische polymeernanocomposieten met succes kunnen verbeteren. Om het effect van een dergelijke methode te optimaliseren, is het van cruciaal belang om de hoeveelheid koppelingsmiddel die wordt gebruikt bij keramische oppervlaktemodificatie te controleren. Voor keramische nanodeeltjes met een diameter van ~ 200 nm werd experimenteel vastgesteld dat 2 wt% van kh550 zou kunnen leiden tot een maximale energiedichtheid...

De diëlektrische stoffen die in elektrische energieopslagapparaten worden toegepast, worden voornamelijk gekenmerkt aan de hand van twee belangrijke parameters: de diëlektrische constante (εr)en de afbraaksterkte (Eb)1,2,3. In het algemeen vertonen organische materialen zoals polypropyleen (PP) een hoge Eb (~102 MV/m) en een lage εr (meestal <5)4,5,6 terwijl anorganische materialen, vooral ferro-elektrische stoffen zoals BaTiO3, vertonen een hoge εr (103-104) en een lage E b (~100 MV/m)6,7,8. In sommige toepassingen zijn flexibiliteit en het vermogen om hoge mechanische schokken te weerstaan ook belangrijk voor het fabriceren van diëlektrische condensatoren4. Daarom is het belangrijk om methoden te ontwikkelen voor de voorbereiding van op polymeer gebaseerde diëlektrische composieten, met name voor de ontwikkeling van goedkope methoden om hoogwaardige 0-3 nanocomposieten te creëren met hoge εr en Eb9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. Hiertoe worden bereidingsmethoden op basis van ferro-elektrische polymeermatrices zoals het poolpolymeer PVDF en de gecorreleerde copolymeren algemeen aanvaard vanwege hun hogere εr (~10)4,19,20. In deze nanocomposieten zijn deeltjes met een hoge r , met name ferro-elektrische keramiek , op grote schaal gebruikt als vulstoffen6,20,21,22,23,24,25. r
Bij de ontwikkeling van methoden voor de productie van keramische-polymeercomposieten bestaat de algemene bezorgdheid dat diëlektrische eigenschappen aanzienlijk kunnen worden beïnvloed door de verdeling van vulstoffen26. De homogeniteit van diëlektrische composieten wordt niet alleen bepaald door de bereidingsmethoden, maar ook door de nattigheid tussen de matrix en vulstoffen27. Het is bewezen door vele studies dat de niet-uniformiteit van keramisch-polymeer composieten kan worden geëlimineerd door fysieke processen zoals spin-coating28,29 en hot-pressing19,26. Geen van deze twee processen verandert echter de oppervlakteverbinding tussen vulstoffen en matrices; Daarom zijn de composieten die met deze methoden worden bereid, nog steeds beperkt in de verbetering van de εr en Eb19,27. Bovendien zijn onhandige processen vanuit productieoogpunt ongewenst voor veel toepassingen, omdat ze kunnen leiden tot veel complexere fabricageprocessen28,29. In dit verband is een eenvoudige en effectieve methode nodig.
Momenteel is de meest effectieve methode om de compatibiliteit van keramische polymeer nanocomposieten te verbeteren gebaseerd op de behandeling van keramische nanodeeltjes, die de oppervlaktechemie tussen vulstoffen en matrices30,31wijzigt . Recente studies hebben aangetoond dat koppelingsmiddelen gemakkelijk kunnen worden gecoat op keramische nanodeeltjes en de nattelijkheid tussen vulstoffen en matrices effectief kunnen wijzigen zonder het gietproces32,33,34,35,36te beïnvloeden . Voor oppervlaktemodificatie wordt algemeen aanvaard dat er voor elk composietsysteem een geschikte hoeveelheid koppelingsmiddel is, wat overeenkomt met een maximale toename van de energieopslagdichtheid37; overtollige koppelingsmiddel in composieten kan leiden tot een daling van de prestaties van de producten36,37,38. Voor diëlektrische composieten met behulp van keramische vulstoffen ter grootte van nanoformaat wordt gespeculeerd dat de effectiviteit van het koppelingsmiddel vooral afhangt van het oppervlak van vulstoffen. De kritische hoeveelheid die in elk nanosysteem moet worden gebruikt, moet echter nog worden bepaald. Kortom, verder onderzoek is nodig om koppelingsmiddelen te gebruiken om eenvoudige processen te ontwikkelen voor de productie van keramisch-polymeer nanocomposieten.
In dit werk werd BaTiO3 (BT), het meest bestudeerde ferro-elektrische materiaal met een hoge diëlektrische constante, gebruikt als vulstoffen, en de P(VDF-CTFE) 91/9 mol% copolymeer (VC91) werd gebruikt als de polymeermatrix voor de bereiding van keramische polymeercomposieten. Om het oppervlak van de BT nanofillers te wijzigen, werd de commercieel verkrijgbaar 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) gekocht en gebruikt als koppelingsmiddel. De kritische hoeveelheid van het nanocomposietsysteem werd bepaald door middel van een reeks experimenten. Een eenvoudige, goedkope en breed toepasbare methode wordt aangetoond om de energiedichtheid van nano-sized composietsystemen te verbeteren.

<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

In dit werk werd een eenvoudige, goedkope en breed toepasbare methode ontwikkeld om de compatibiliteit tussen de keramische vulstoffen en de polymeermatrix te verbeteren door 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) toe te voegen als koppelingsmiddel tijdens het fabricageproces van BaTiO3-P(VDF-CTFE) nanocomposieten via gietoplossing. De resultaten tonen aan dat het gebruik van KH550 het oppervlak van keramische nanofillers kan wijzigen; daarom werd een goede nattigheid op de keramische-polymeer interface bereikt, en de verbeterde energie-opslag prestaties werden verkregen door een geschikte hoeveelheid van de koppeling agent. Deze methode kan worden gebruikt om flexibele composieten te bereiden, wat zeer wenselijk is voor de productie van hoogwaardige filmcondensatoren. Als er in het proces een te grote hoeveelheid koppelingsmiddel wordt gebruikt, kan het niet-aangesloten koppelingsmiddel deelnemen aan complexe reacties, wat leidt tot een afname van de diëlektrische constante en een toename van diëlektrisch verlies.

De vrijstaande nanocomposietfilms met verschillende inhoud van vulstoffen werden met succes vervaardigd zoals beschreven in het protocol, en werden aangeduid als xBT-VC91, waarbij x het volumepercentage van BT in de composieten is. Het effect van KH550 (koppelingsmiddel) op de morfologie en microstructuur van deze BT-VC91 films werd bestudeerd door SEM en getoond in figuur 1. De SEM-afbeeldingen van 30BT-VC91 nanocomposieten met 1 en 5 wt% koppelingsmiddel worden weergegeven in <strong class...

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

Hier demonstreren we een eenvoudig en goedkoop oplossingsgietproces om de compatibiliteit tussen de vuller en de matrix3 van op polymeer gebaseerde nanocomposieten te verbeteren met behulp van oppervlaktege gemodificeerde BaTiO 3-vulstoffen, die de energiedichtheid van de composieten effectief kunnen verbeteren.

Toepassing van een koppelingsagent om de diëlektrische eigenschappen van op polymeren gebaseerde nanocomposieten te verbeteren

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

Het bleek dat het gebruik van commercieel koppelingsmiddel het oppervlak van keramische nanofillers kon wijzigen, daarom werd een goede nattigheid op de interface tussen keramiek en polymeer bereikt, en de verbeterde energieopslagprestaties werden verkregen door een geschikte hoeveelheid koppelingsmiddel. De methode die door dit werk wordt ontwikkeld, kan worden gebruikt bij de bereiding van flexibele composieten, wat zeer wenselijk is voor de productie van hoogwaardige filmcondensatoren. Bereid de oplossing van KH550 met 95 gewicht procent ethanol water oplosmiddel door 15 minuten ultra-sonicatie.Behandel de BT nanodeeltjes in KH550-oplossingen met 30 minuten ultra-sonicatie. Meet daarbij de gewichten van KH550- en BT-nanodeeltjesvullers die zijn bekleed met één, twee, drie, vier en vijf gewichts procent van het koppelingsmiddel in de KH550 verdunde oplossing met een volume van vijf milliliter. Verdamp het water-ethanol oplosmiddel uit de matrix bij 80 graden C gedurende vijf uur, en vervolgens tot 120 graden C gedurende 12 uur in een vacuümoven.Gebruik de droge nanodeeltjes als het oppervlak gemodificeerde vulstoffen in de voorbereiding van BTVC-91 nanocomposieten. Ten eerste werd de op DMF gebaseerde polymeeroplossing bereid door 0,3 gram polymeerpoeders op te lossen in 10 milliliter DMF bij kamertemperatuur door een magnetische roeren gedurende acht uur. Twee, de barium titanaat nanodeeltjes werden toegevoegd in de oplossing, vervolgens gevolgd met 12 uur roeren om homogene suspensie te vormen en ultrasoon gedurende 30 minuten.In het voorbereidingsproces werden zowel het ongewijzigde bariumtiaanaat als het bariumtitanaat met koppelingsmiddel gebruikt. Daarna werd de suspensie gegoten op een voorverwarmd klasse substraat om films te maken. Drie milliliter van de suspensie werd gedropt op elk van de glazen substraat.Vijf, het glazen substraat met suspensies werd vervolgens gehouden in de oven op 70 graden gedurende acht uur om het oplosmiddel te verdampen. Zes, ten slotte, de as-cast films werden vrijgegeven van het glazen substraat en verkregen vrijstaande films werden geannealed op 160 graden C in de lucht voor 12 uur. De vrijstaande nanocomposietfilms werden volgens het protocol met succes vervaardigd.Uit de SEM werd bevestigd dat de keramische nanodeeltjes die zijn behandeld met een geschikte hoeveelheid koppelingsmiddel die tijdens het gieten gelijkmatig in de nanocomposieten kon worden verdeeld, terwijl de buitensporige hoeveelheid koppelingsmiddel interacties tussen keramische nanodeeltjes kan veroorzaken en kan leiden tot de samenvoeging van vulstoffen. Voor de nanocomposieten met een laag vulgehalte was de diëlektrische constante van de composieten in principe ongewijzigd met een kleine hoeveelheid koppelingsmiddel en neemt iets af met de toekomstige toenemende hoeveelheid koppelingsmiddel. Voor de nanocomposieten met een hoog vulgehalte neemt de diëlektrische constante van de composieten negatief toe met een kleine hoeveelheid koppelingsmiddel en neemt het sterk af met de toekomstige toenemende hoeveelheid koppelingsmiddel.In termen van diëlektrisch verlies, de nanocomposieten met koppelingsmiddel hebben een hoger diëlektrisch verlies dan de nanocomposieten zonder koppelingsmiddel. De maximale afbraaksterkte werd verkregen toen twee gewichts procent van het koppelingsmiddel werd gebruikt. Een lagere afbraak sterktes werd gevonden van de nanocomposieten met een hogere hoeveelheid koppeling agent.Door de verbeterde afbraakkrachten en onze relatief hoge laadaflosefficiëntie werd de maximale energiedichtheid van de nanocomposieten met een kleine hoeveelheid koppelingsmiddel verbeterd. In dit werk, barium titanaat, de meest bestudeerde ferro-elektrische materiaal met een hoge diëlektrische constante werden gebruikt als vulstoffen. Het PVDF-CTFE copolymeer werd gebruikt als polymeermatrix voor de bereiding van keramische polymeercomposieten.Om het oppervlak van barium titanate nanofillers te wijzigen, werd de commercieel verkrijgde KH550 gekocht en gebruikt als koppelingsmiddel. Zij kritische hoeveelheid van het nanocomposietsysteem werd bepaald door de reeks experiment. Een eenvoudige, goedkope en de op grote schaal toepasbare methode om de energiedichtheid van nano-sized composiet systeem te verbeteren werd aangetoond.

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

Met behulp van Magnetron en Macroscopische Monsters van diëlektrische Solids aan de Photonic Eigenschappen van Disordered fotonische bandgap Materials Bestudeer

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

De voorbereiding van elektrohydrodynamische Bruggen van Polar diëlektrische vloeistoffen

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 Tijdafhankelijk Diëlektrische Breakdown in de Transmission Electron Microscope: een mogelijkheid om het faalmechanisme in Microelectronic Devices Begrijp

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

Fabricageproces van siliconen gebaseerde diëlektrische Elastomer Actuators

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

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

Elektroactieve Polymer Nanodeeltjes Exposeren Fotothermisch 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

Meten Spray Droplet Grootte van Landbouw Nozzles met behulp van laser diffractie

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

Optische val Laden van diëlektrische micropartikels in 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

Nieuwe toepassing van een atmosferische druk Plasma Jet als een Agent van de Neuro-beschermende tegen Glucose ontbering-geïnduceerde letsel van SH-SY5Y cellen

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

Bepaling van de excitatie en koppeling tussen licht vervuilers en oppervlakte 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 ...