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 arbeidet ble støttet av Taiyuan University of Science and Technology Scientific Research Initial Funding (20182028), doktorgradsstartgrunnlaget for Shanxi-provinsen (20192006), Natural Science Foundation of Shanxi Province (201703D111003), Science and Technology Major Project of Shanxi Province (MC2016-01), og Project U610256 støttet av National Natural Science Foundation of China.

1. Overflatemodifisering av BT-fyllstoffer
<ol><li>Forbered 20 ml KH550-løsning (1 wt% KH550 i 95 wt% etanol-vannløsningsmiddel) og ultrasonicate i 15 min.</li>
	<li>Veie BT nanopartikler (det vil si fyllstoffet) og KH550, henholdsvis slik at fyllstoff kan belagt med 1, 2, 3, 4, 5 wt% av koblingsmiddelet. Behandle 1 g BT nanopartikler i 1.057, 2.114, 3.171, 4.228 og 5.285 ml KH550 løsning ved 30 min ultralydbehandling.</li>
	<li>Fordampe vann-etanol løsemiddel fra blandingen ved 80 °C i 5 timer og deretter ved 120...

<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 omtalt ovenfor, kan metoden utviklet av dette arbeidet med hell forbedre energilagringsytelsen til keramiske polymer nanokompositer. For å optimalisere effekten av en slik metode, er det viktig å kontrollere mengden koblingsmiddel som brukes i keramisk overflatemodifisering. For keramiske nanopartikler med en diameter på ~ 200 nm, ble det eksperimentelt fastslått at 2 wt% av KH550 kunne føre til en maksimal energitetthet. For andre sammensatte systemer kan denne konklusjonen brukes omtrent når fyllstoffene med ...

Dielektrierne som brukes i elektriske energilagringsenheter er hovedsakelig preget ved hjelp av to viktige parametere: dielektrisk konstant (εr) og nedbrytningsstyrken (Eb)1,2,3. Generelt viser organiske materialer som polypropylen (PP) en høy Eb (~ 102 MV / m) og en lav εr (for det meste <5)4,5,6 mens uorganiske materialer, spesielt ferroelektriske som BaTiO3,viser en høy εr (103-104) og en lav Eb (~ 100 MV / m)6,7,8. I noen applikasjoner er fleksibilitet og evnen til å tåle høye mekaniske støt også viktig for å fremstille dielektriske kondensatorer4. Derfor er det viktig å utvikle metoder for å forberede polymerbaserte dielektriske kompositter, spesielt for utvikling av rimelige metoder for å skape høyytelses 0-3 nanokompositer med høy εr og Eb9,,10,,11,12,13,14,15,16,17,18. For dette formålet er forberedelsesmetoder basert på ferroelektriske polymermatriser som polarpolymeren PVDF og dens korrelerte copolymerer allment akseptert på grunn av deres høyere εr (~ 10)4,,19,,20. I disse nanokomposites, partikler med høy er, spesielt ferroelektrisk keramikk, har blitt mye brukt somfyllstoffer 6,20,21,22,23,24,25.
Ved utvikling av metoder for produksjon av keramiske polymerkompositter, er det en generell bekymring for at dielektriske egenskaper kan påvirkes betydelig av fordelingen av fyllstoff26. Homogeniteten til dielektriske kompositter bestemmes ikke bare av preparatsmetodene, men også av fuktbarheten mellom matrisen og fyllstoffene27. Det har blitt bevist av mange studier at ikke-ensartethet av keramiske polymer kompositter kan elimineres av fysiske prosesser som spin-belegg28,,29 og hot-pressing19,26. Imidlertid endrer ingen av disse to prosessene overflateforbindelsen mellom fyllstoffer og matriser; Derfor er komposittene utarbeidet av disse metodene fortsatt begrenset i å forbedre εr og Eb19,27. I tillegg, fra et produksjonssynspunkt, er ubeleilige prosesser uønskede for mange applikasjoner fordi de kan føre til mye mer komplekse fabrikasjonsprosesser28,,29. I denne forbindelse er det nødvendig med en enkel og effektiv metode.
For tiden er den mest effektive metoden for å forbedre kompatibiliteten av keramiske polymer nanokompositer basert på behandling av keramiske nanopartikler, som endrer overflatekjemien mellom fyllstoffer og matriser30,,31. Nyere studier har vist at koblingsmidler lett kan belagt på keramiske nanopartikler og effektivt endre fuktbarheten mellom fyllstoffer og matriser uten å påvirke støpeprosessen32,,33,,34,,35,,36. For overflatemodifisering er det allment akseptert at for hvert komposittsystem er det en passende mengde koblingsmiddel, noe som tilsvarer en maksimal økning i energilagringstetthet37; overflødig koblingsmiddel i kompositter kan føre til en nedgang i ytelsen tilprodukter 36,37,38. For dielektriske kompositter ved hjelp av nano-størrelse keramiske fyllstoffer, spekuleres det i at effektiviteten av koblingsmiddel hovedsakelig avhenger av overflaten av fyllstoff. Den kritiske mengden som skal brukes i hvert nanostørrelsessystem er imidlertid ennå ikke bestemt. Kort sagt, videre forskning er nødvendig for å bruke koblingsmidler for å utvikle enkle prosesser for produksjon av keramiske polymer nanokompositer.
I dette arbeidet ble BaTiO3 (BT), det mest studerte ferroelektriske materialet med høy dielektrisk konstant, brukt som fyllstoff, og P(VDF-CTFE) 91/9 mol% copolymer (VC91) ble brukt som polymermatrise for fremstilling av keramiske polymerkompositter. For å endre overflaten av BT nanofillers, ble den kommersielt tilgjengelige 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) kjøpt og brukt som koblingsmiddel. Den kritiske mengden nanokompositsystem ble bestemt gjennom en rekke eksperimenter. En enkel, rimelig og allment anvendelig metode er demonstrert for å forbedre energitettheten til komposittsystemer 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 arbeidet ble en enkel, rimelig og allment anvendelig metode utviklet for å forbedre kompatibiliteten mellom de keramiske fyllstoffene og polymermatrisen ved å legge til 3-aminopropyltrietoksysilan (KH550) som koblingsmiddel under fabrikasjonsprosessen av BaTiO3-P (VDF-CTFE) nanokompositer gjennom løsningsstøping. Resultatene viser at bruken av KH550 kan endre overflaten av keramiske nanofillers; Derfor ble god fuktbarhet på keramikk-polymer-grensesnittet oppnådd, og de forbedrede energilagringsytelsene ble oppnådd av en passende mengde koblingsmiddel. Denne metoden kan brukes til å forberede fleksible kompositter, noe som er svært ønskelig for produksjon av høyytelses film kondensatorer. Hvis en overdreven mengde koblingsmiddel brukes i prosessen, kan det ikke-vedlagte koblingsmiddelet delta i komplekse reaksjoner, noe som fører til en reduksjon i dielektrisk konstant og en økning i dielektrisk tap.

De frittstående nanokompositfilmene med forskjellig innhold av fyllstoff ble med hell fabrikkert som beskrevet i protokollen, og ble merket som xBT-VC91, hvor x er volumprosenten av BT i komposittene. Effekten av KH550 (koblingsmiddel) på morfologi og mikrostruktur av disse BT-VC91 filmene ble studert av SEM og vist i figur 1. SEM-bildene av 30BT-VC91 nanokompositer med 1 og 5 wt% koblingsmiddel er vist i figur 1a og figur 1b. Fyl...

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 rimelig løsningsstøpingsprosess for å forbedre kompatibiliteten mellom fyllstoffet og3 matrisen av polymerbaserte nanokompositer ved hjelp av overflatemodifiserte BaTiO 3-fyllstoffer, noe som effektivt kan forbedre energitettheten til komposittene.

Anvendelse av et koblingsmiddel for å forbedre de dielektriske egenskapene til polymerbaserte nanokompositer

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 ble bevist at bruk av kommersiell koblingsmiddel kunne endre overflaten av keramiske nanofillers, derfor ble god fuktbarhet på keramikk-polymer-grensesnittet oppnådd, og de forbedrede energilagringsytelsene ble oppnådd av en passende mengde koblingsmiddel. Metoden utviklet av dette arbeidet kan brukes i utarbeidelsen av fleksible kompositter, noe som er svært ønskelig for produksjon av høyytelses film kondensatorer. Forbered løsningen av KH550 med 95 vekt prosent etanolvannsløsningsmiddel med 15 minutter ultra-sonikering.Behandle BT nanopartikler i KH550-løsninger med 30 minutter ultra-sonikering. I denne prosessen måler du vektene til KH550 og BT nanopartikler fyllstoffer belagt med en, to, tre, fire og fem vektprosent av koblingsmiddel i KH550 fortynnende løsning med et volum på fem milliliter. Fordampe vann-etanol løsemiddel fra matrisen ved 80 grader C i fem timer, og deretter til 120 grader C i 12 timer i en vakuumovn.Bruk de tørre nanopartikler som overflaten modifisert fyllstoff i utarbeidelsen av BTVC-91 nanocomposites. For det første ble den DMF-baserte polymerløsningen utarbeidet ved å oppløse 0,3 gram polymerpulver i 10 milliliter DMF ved romtemperatur ved magnetisk omrøring i åtte timer. To, barium titanate nanopartikler ble lagt inn i løsningen, deretter fulgt med 12 timer omrøring for å danne homogen suspensjon og ultrasonicated i 30 minutter.I forberedelsesprosessen ble både det umodifiserte bariumtitanatet og bariumtitanaten belagt med koblingsmiddel brukt. Etter det ble suspensjonen kastet på et forvarmet klassesubstrat for å lage filmer. Tre milliliter av suspensjonen ble droppet på hvert av glasssubstratet.Fem, glasssubstratet med suspensjoner ble deretter holdt i ovnen på 70 grader i åtte timer for å fordampe oppløsningsvæsken. Seks, til slutt, ble as-cast filmene utgitt fra glasssubstratet og fått frittstående filmer ble glødet ved 160 grader C i luften i 12 timer. De frittstående nanokompositfilmene ble med hell fabrikkert i henhold til protokollen.Det ble bekreftet fra SEM at de keramiske nanopartiklene behandlet med en passende mengde koblingsmiddel som kunne fordeles jevnt i nanosammensetningene under støping;mens den store mengden koblingsmiddel kan forårsake interaksjoner mellom keramiske nanopartikler og fører til aggregering av fyllstoffer. For nanokompositene med lavt fyllstoffinnhold var kompositenes dielektriske konstant i utgangspunktet uendret med en liten mengde koblingsmiddel som brukes og reduseres litt med fremtidig økende koblingsmiddelmengde. For nanokompositene med høyt fyllstoffinnhold øker komposittkonstanten negativt med en liten mengde koblingsmiddel og reduseres kraftig med den fremtidige økende koblingsmiddelmengden.Når det gjelder dielektrisk tap, har nanokompositene med koblingsmiddel et høyere dielektrisk tap enn nanokompositene uten koblingsmiddel. Maksimal nedbrytningsstyrke ble oppnådd når to vektprosent av koblingsmiddelet ble brukt. En lavere sammenbrudd styrker ble funnet fra nanocomposites med en høyere mengde koblingsmiddel.På grunn av de forbedrede nedbrytningsstyrkene og vår relativt høye utslippseffektivitet ble den maksimale energitettheten til nanokompositene med en liten mengde koblingsmiddel forbedret. I dette arbeidet, barium titanate, den mest studerte ferroelektriske materiale med høy dielektrisk konstant ble brukt som fyllstoff. PVDF-CTFE copolymer ble brukt som en polymermatrise for fremstilling av keramiske polymerkompositter.For å endre overflaten av barium titanate nanofillers, ble den kommersielt tilgjengelige KH550 kjøpt og brukt som koblingsmiddel. De kritiske mengden av nanocomposite systemet ble bestemt av serien av eksperiment. En enkel, rimelig og den allment anvendelige metoden for å forbedre energitettheten til nano-størrelse komposittsystem ble demonstrert.

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

Bruke Mikrobølgeovn og makroskopiske Prøver av Transformator Solids å studere Photonic egenskaper Disordered Photonic bandgap Materials

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

Utarbeidelse av Electrohydrodynamic Bridges fra Polar Transformator Liquids

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 Tidsavhengig Dielektrisk Sammenbrudd i transmisjonselektronmikroskop: En Mulighet til å forstå feilmekanisme i Mikro Devices

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

Fabrikasjon Process av silikon-baserte Transformator 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

Egenskaper elektro Polymer Nanopartikler Exhibiting Photothermal

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 dråpestørrelse fra Landbruks Dyser Bruke Laser Diffraksjon

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 Lasting av Dielektrisk Mikropartikler i luften

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

Nytt program for en atmosfærisk trykk Plasma Jet som Nevro-beskyttende Agent mot glukose deprivasjon-indusert skade 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

Fastsettelse av magnetisering og kopling priser mellom lys emittere og overflate 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 ...