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

Ce travail a été soutenu par l’Université de Taiyuan de la recherche scientifique et technologique Financement initial (20182028), la fondation de départ au doctorat de la province du Shanxi (20192006), la Fondation des sciences naturelles de la province du Shanxi (201703D111003), le projet majeur scientifique et technologique de la province du Shanxi (MC2016-01) et le projet U610256 soutenus par la National Natural Science Foundation of China.

1. Modification de surface des charges BT
<ol><li>Préparer 20 mL de solution KH550 (1 wt% KH550 dans 95 wt% solvant éthanol-eau) et ultrasonique pendant 15 min.</li>
	<li>Peser les nanoparticules BT (c’est-à-dire le remplissage) et KH550, respectivement, de sorte que les charges peuvent être enduites de 1, 2, 3, 4, 5 wt% de l’agent de couplage. Traiter 1 g de nanoparticules BT en 1.057, 2.114, 3.171, 4.228, et 5.285 mL de solution KH550 par ultrasonication de 30 min.</li>
	<li>Évaporer le solvant eau-éthanol ...

<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>

Comme nous l’avons vu plus haut, la méthode développée par ces travaux pourrait améliorer avec succès les performances de stockage d’énergie des nanocomposites en céramique-polymère. Pour optimiser l’effet d’une telle méthode, il est essentiel de contrôler la quantité d’agent de couplage utilisé dans la modification de la surface céramique. Pour les nanoparticules en céramique d’un diamètre d’environ 200 nm, il a été déterminé expérimentalement que 2 wt% de KH550 pourrait conduire à une...

Les diélectriques appliqués dans les dispositifs de stockage d’énergie électrique sont principalement caractérisés à l’aide de deux paramètres importants : la constante diélectrique (εr) et la résistance à la panne (Eb)1,2,3. En général, les matières organiques telles que le polypropylène (PP) présentent un Eb élevé (~102 MV/m) et un faible εr (principalement <5)4,5,6 tandis que les matériaux inorganiques, en particulier les ferroélectriques tels que BaTio3, présentent un high εr (103-104) et un faible E b (~100 MV/m)6,7,8. Dans certaines applications, la flexibilité et la capacité de résister à des impacts mécaniques élevés sont également importantes pour la fabrication de condensateurs diélectriques4. Par conséquent, il est important de développer des méthodes pour la préparation de composites diélectriques à base de polymère, en particulier pour le développement de méthodes à faible coût pour créer des nanocomposites haute performance 0-3 avec εr élevé et Eb9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. À cette fin, les méthodes de préparation basées sur des matrices de polymère ferroélectrique telles que le polymère polaire PVDF et ses coclymères corrélés sont largement acceptées en raison de leurε r (~10)4,19,20. Dans ces nanocomposites, les particules à haute teneur en e r,en particulier les céramiques ferroélectriques, ont été largement utilisées comme charges6,20,21,22,23,24,25.
Lors de l’élaboration de méthodes de fabrication de composites céramiques-polymères, on craint généralement que les propriétés diélectriques puissent être significativement influencées par la distribution des charges26. L’homogénéité des composites diélectriques est non seulement déterminée par les méthodes de préparation, mais aussi par la wettabilité entre la matrice et les charges27. Il a été prouvé par de nombreuses études que la non-uniformité des composites en céramique-polymère peut être éliminée par des processus physiques tels que spin-revêtement28,29 et hot-pressing19,26. Cependant, aucun de ces deux processus ne modifie la connexion de surface entre les charges et les matrices; par conséquent, les composites préparés par ces méthodes sont encore limités dans l’amélioration de εr et Eb19,27. En outre, d’un point de vue de fabrication, les processus gênants ne sont pas souhaitables pour de nombreuses applications, car ils peuvent conduire à des processus de fabrication beaucoup plus complexes28,29. À cet égard, une méthode simple et efficace est nécessaire.
Actuellement, la méthode la plus efficace pour améliorer la compatibilité des nanocomposites céramique-polymère est basée sur le traitement des nanoparticules en céramique, qui modifie la chimie de surface entre les charges et les matrices30,31. Des études récentes ont montré que les agents de couplage peuvent être facilement enduits sur des nanoparticules en céramique et modifier efficacement la mouillabilité entre les charges et les matrices sans affecter le processus de moulage32,33,34,35,36. Pour la modification de surface, il est largement admis que pour chaque système composite, il existe une quantité appropriée d’agent de couplage, ce qui correspond à une augmentation maximale de la densité de stockage de l’énergie37; l’agent de couplage excédentaire dans les composites peut entraîner une baisse de la performance des produits36,37,38. Pour les composites diélectriques utilisant des charges en céramique de taille nano, il est spéculé que l’efficacité de l’agent de couplage dépend principalement de la surface des charges. Toutefois, la quantité critique à utiliser dans chaque système de taille nanométrique n’a pas encore été déterminée. En bref, d’autres recherches sont nécessaires pour utiliser des agents de couplage pour développer des procédés simples pour la fabrication de nanocomposites céramiques-polymères.
Dans ce travail, BaTio3 (BT), le matériau ferroélectrique le plus largement étudié avec une constante diélectrique élevée, a été utilisé comme charges, et le P(VDF-CTFE) 91/9 mol% copolymère (VC91) a été utilisé comme matrice polymère pour la préparation de composites céramique-polymère. Pour modifier la surface des nanofilleurs BT, le 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) disponible sur le marché a été acheté et utilisé comme agent de couplage. La quantité critique du système de nanocomposite a été déterminée par une série d’expériences. Il est démontré qu’une méthode simple, peu coûteuse et largement applicable améliore la densité énergétique des systèmes composites de taille nanométrique.

<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

Dans ce travail, une méthode facile, peu coûteuse et largement applicable a été développée pour améliorer la compatibilité entre les charges en céramique et la matrice polymère en ajoutant3des nanocomposites à 3-aminopropyltriethoxysyliques (KH550) comme agent de couplage pendant le processus de fabrication des nanocomposites BaTio 3-P(VDF-CTFE) par le biais de la coulée de solution. Les résultats montrent que l’utilisation de KH550 peut modifier la surface des nanofilleurs en céramique; par conséquent, une bonne wettabilité sur l’interface céramique-polymère a été atteint, et les performances améliorées de stockage d’énergie ont été obtenues par une quantité appropriée de l’agent de couplage. Cette méthode peut être utilisée pour préparer des composites flexibles, ce qui est hautement souhaitable pour la production de condensateurs de films de haute performance. Si une quantité excessive d’agent de couplage est utilisée dans le processus, l’agent de couplage non attaché peut participer à des réactions complexes, ce qui conduit à une diminution de la constante diélectrique et une augmentation de la perte diélectrique.

Les films de nanocomposite autonomes avec différents contenus de charges ont été fabriqués avec succès comme décrit dans le protocole, et ont été étiquetés comme xBT-VC91, où x est le pourcentage de volume de BT dans les composites. L’effet de KH550 (agent de couplage) sur la morphologie et la microstructure de ces films BT-VC91 a été étudié par SEM et montré à la figure 1. Les images SEM des nanocomposites 30BT-VC91 avec un agent de couplage de 1 et 5 wt% sont présentée...

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

Ici, nous démontrons un processus simple et peu coûteux de coulée de solutions pour améliorer la compatibilité entre le remplissage et la matrice des nanocomposites à base de polymères à l’aide de charges BaTio3 modifiées en surface, ce qui peut améliorer efficacement la densité énergétique des composites.

Application d’un agent de couplage pour améliorer les propriétés diélectriques des nanocomposites à base de polymères

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

Il a été prouvé que l’utilisation de l’agent de couplage commercial pouvait modifier la surface des nanofillers en céramique, par conséquent, une bonne wettabilité sur l’interface céramique-polymère a été réalisée, et les performances améliorées de stockage d’énergie ont été obtenues par une quantité appropriée d’agent couplage. La méthode développée par ce travail pourrait être utilisée dans la préparation de composites flexibles, ce qui est hautement souhaitable pour la production de condensateurs de films haute performance. Préparer la solution de KH550 avec 95 pour cent de solvant d’eau d’éthanol de poids par 15 minutes ultra-sonication.Traitez les nanoparticules BT dans les solutions KH550 par 30 minutes d’ultra-sonication. Dans ce processus, mesurez les poids des remplisseurs de nanoparticules KH550 et BT recouverts d’un, deux, trois, quatre et cinq pour cent de poids de l’agent de couplage dans la solution diluée KH550 avec un volume de cinq millilitres. Évaporer le solvant eau-éthanol de la matrice à 80 degrés C pendant cinq heures, puis à 120 degrés C pendant 12 heures dans un four à vide.Utilisez les nanoparticules sèches comme remplisseurs modifiés de surface dans la préparation des nanocomposites BTVC-91. Un, la solution de polymère à base de DMF a été préparée en dissolvant 0,3 grammes de poudres de polymère dans 10 millilitres DMF à température ambiante par un agitation magnétique pendant huit heures. Deuxièmement, les nanoparticules de titane de baryum ont été ajoutées dans la solution, puis suivies de 12 heures d’agitation pour former une suspension homogène et ultrasoniques pendant 30 minutes.Dans le processus de préparation, le titane de baryum non modifié et le titane de baryum enduit d’agent couplage ont été utilisés. Après cela, la suspension a été coulée sur un substrat de classe préchauffé pour faire des films. Trois millilitres de la suspension ont été déposés sur chacun du substrat en verre.Cinquièmement, le substrat en verre avec des suspensions a ensuite été conservé au four à 70 degrés pendant huit heures pour évaporer le solvant. Six, enfin, les films tels que coulés ont été libérés du substrat de verre et ont obtenu des films indépendants ont été annelés à 160 degrés C dans l’air pendant 12 heures. Les films nanocomposite auto-permanents ont été fabriqués avec succès selon le protocole.Il a été confirmé par la SEM que les nanoparticules céramiques traitées avec une quantité appropriée d’agent couplage qui pourrait être uniformément répartie dans les nanocomposites pendant la coulée; tandis que la quantité excessive d’agent couplage peut provoquer des interactions entre les nanoparticules céramiques et conduire à l’agrégation des charges. Pour les nanocomposites à faible teneur en remplissage, la constante diélectrique des composites était fondamentalement inchangée avec une petite quantité d’agent couplage est utilisé et diminue légèrement avec la quantité future croissante d’agent couplage. Pour les nanocomposites à forte teneur en remplissage, la constante diélectrique des composites augmente négativement avec une petite quantité d’agent de couplage et diminue fortement avec la quantité future croissante d’agent de couplage.En termes de perte diélectrique, les nanocomposites avec l’agent de couplage ont une perte diélectrique plus élevée que les nanocomposites sans agent de couplage. Les forces maximales de décomposition ont été obtenues quand deux pour cent de poids de l’agent de couplage ont été utilisés. Une plus faible force de décomposition a été trouvée à partir des nanocomposites avec une plus grande quantité d’agent de couplage.En raison des forces de décomposition améliorées et de notre efficacité relativement élevée de décharge de charge, la densité énergétique maximale des nanocomposites avec une petite quantité d’agent de couplage ont été améliorées. Dans ce travail, le titane de baryum, le matériau ferroélectrique le plus largement étudié avec la constante diélectrique élevée ont été utilisés comme charges. Le copolymère PVDF-CTFE a été utilisé comme matrice polymère pour la préparation de composites en polymère céramique.Pour modifier la surface des nanofillers en titane de baryum, les KH550 disponibles dans le commerce ont été achetés et utilisés comme agent de couplage. Ils quantité critique du système nanocomposite a été déterminée par la série d’expériences. Une méthode facile, peu coûteux et largement applicative pour améliorer la densité énergétique du système composite de taille nanométrique a été démontrée.

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

Utilisation de micro-ondes et d&#39;échantillons macroscopiques des diélectriques solides pour étudier les propriétés photoniques désordonnés de bande interdite photonique Matériaux

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

Recherche

Ingénierie

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

La préparation de ElectroHydroDynamique Ponts de polaires liquides diélectriques

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

En rupture diélectrique Situ en fonction du temps dans le microscope électronique à transmission: une possibilité de comprendre le mécanisme de panne des dispositifs microélectroniques

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

Processus de fabrication des élastomères diélectriques Actionneurs à base de silicone

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

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

Propriétés électro-Polymer nanoparticules Exposer photothermiques

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

Mesure de pulvérisation Taille des gouttelettes de Buses agricoles Utilisation Laser Diffraction

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

Piège optique Chargement de Dielectric Microparticules Dans 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

Nouvelle Application d’un Jet de Plasma de la pression atmosphérique comme Agent neuroprotecteur contre les dommages causés par les privations de Glucose des cellules SH-SY5Y

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

Détermination de l’Excitation et le couplage des taux entre émetteurs de lumière et de la Surface plasmons Polaritons

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