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

Este trabajo fue apoyado por la Taiyuan University of Science and Technology Scientific Research Initial Funding (20182028), la fundación de iniciación de doctorado de la provincia de Shanxi (20192006), la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Shanxi (20192006), la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Shanxi (20192006), la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Shanxi (20192006), la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Shanxi (20192006), la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Shanxi (20192006), la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia 201703D111003), el Proyecto Principal de Ciencia y Tecnología de la Provincia de Shanxi (MC2016-01) y el Proyecto U610256 apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China.

1. Modificación de la superficie de los rellenos BT
<ol><li>Preparar 20 ml de solución KH550 (1 wt% KH550 en 95 wt% disolvente de etanol-agua) y ultrasonidos durante 15 min.</li>
	<li>Pesar nanopartículas BT (es decir, el relleno) y KH550, respectivamente, para que los rellenos se puedan recubrir con 1, 2, 3, 4, 5% del agente de acoplamiento. Tratar 1 g de nanopartículas BT en 1.057, 2.114, 3.171, 4.228 y 5.285 ml de solución KH550 por ultrasonidos de 30 min.</li>
	<li>Evaporar el disolvente de agua y etanol de la...

<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>

Como se mencionó anteriormente, el método desarrollado por este trabajo podría mejorar con éxito el rendimiento de almacenamiento de energía de los nanocompuestos de polímero cerámico. Para optimizar el efecto de este método, es fundamental controlar la cantidad de agente de acoplamiento utilizado en la modificación de la superficie cerámica. En el seg sobre las nanopartículas cerámicas con un diámetro de 200 nm, se determinó experimentalmente que el 2 % de KH550 podría conducir a una densidad de energía ...

Los dieléctricos aplicados en los dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica se caracterizan principalmente utilizando dos parámetros importantes: la constante dieléctrica (ar)y la resistencia a la avería (Eb)1,2,3. En general, los materiales orgánicos como el polipropileno (PP) exhiben un alto Eb (102 MV/m) y un bajor (principalmente <5)4,5,6 mientras que los materiales inorgánicos, especialmente los ferroeléctricos como BaTiO3, exhiben un altor (103-104) y un bajo E b (100 MV/m)6,7,8. En algunas aplicaciones, la flexibilidad y la capacidad de soportar altos impactos mecánicos también son importantes para la fabricación de capacitores dieléctricos4. Por lo tanto, es importante desarrollar métodos para la preparación de compuestos dieléctricos a base de polímeros, especialmente para el desarrollo de métodos de bajo costo para crear nanocompuestos de alto rendimiento 0-3 con altar y Eb9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. Para ello, los métodos de preparación basados en matrices de polímeros ferroeléctricos, como el polímero polar PVDF y sus copolímeros correlacionados, son ampliamente aceptados debido a su mayorr (10)4,19,20. En estos nanocompuestes, las partículas con alta er,especialmente la cerámica ferroeléctrica, han sido ampliamente utilizadas como rellenos6,,20,,21,,22,,23,,24,,25.
Al desarrollar métodos para la fabricación de compuestos de polímero cerámico, existe una preocupación general de que las propiedades dieléctricas pueden verse significativamente influenciadas por la distribución de rellenos26. La homogeneidad de los compuestos dieléctricos no sólo está determinada por los métodos de preparación, sino también por la humectabilidad entre la matriz y los rellenos27. Se ha demostrado por muchos estudios que la no uniformidad de los compuestos de polímero cerámico puede eliminarse mediante procesos físicos como el revestimiento de espín28,,29 y el prensado en caliente19,,26. Sin embargo, ninguno de estos dos procesos cambia la conexión de superficie entre rellenos y matrices; por lo tanto, los compuestos preparados por estos métodos siguen siendo limitados en la mejora delas letras r y Eb19,27. Además, desde el punto de vista de la fabricación, los procesos inconvenientes son indeseables para muchas aplicaciones porque pueden conducir a procesos de fabricación mucho más complejos28,,29. En este sentido, se necesita un método simple y eficaz.
Actualmente, el método más eficaz para mejorar la compatibilidad de los nanocompuestos de polímero cerámico se basa en el tratamiento de nanopartículas cerámicas, que modifica la química superficial entre rellenos y matrices30,,31. Estudios recientes han demostrado que los agentes de acoplamiento pueden recubrirse fácilmente sobre nanopartículas cerámicas y modificar eficazmente la humectabilidad entre rellenos y matrices sin afectar al proceso de fundición32,33,34,35,36. Para la modificación de la superficie, se acepta ampliamente que para cada sistema compuesto, hay una cantidad adecuada de agente de acoplamiento, que corresponde a un aumento máximo en la densidad de almacenamiento de energía37; agente de acoplamiento excesivo en compuestos puede dar lugar a una disminución en el rendimiento de los productos36,37,38. Para los compuestos dieléctricos que utilizan rellenos cerámicos de tamaño nanoeléctrico, se especula que la eficacia del agente de acoplamiento depende principalmente de la superficie de los rellenos. Sin embargo, la cantidad crítica que se utilizará en cada sistema de tamaño nanonúel aún está por determinarse. En resumen, se requieren más investigaciones para utilizar agentes de acoplamiento para desarrollar procesos simples para la fabricación de nanocompuesos de polímero cerámico.
En este trabajo, BaTiO3 (BT), el material ferroeléctrico más estudiado con alta constante dieléctrica, se utilizó como rellenos, y el P(VDF-CTFE) 91/9 mol% copolímero (VC91) se utilizó como matriz de polímeros para la preparación de compuestos de polímeros cerámicos. Para modificar la superficie de los nanocargadores BT, se compró el 3-aminopropilethoxysilane (KH550) disponible comercialmente y se utilizó como agente de acoplamiento. La cantidad crítica del sistema nanocompueste se determinó a través de una serie de experimentos. Se ha demostrado que un método fácil, de bajo costo y ampliamente aplicable mejora la densidad energética de los sistemas compuestos de tamaño nanoantil.

<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

En este trabajo, se desarrolló un método fácil, de bajo costo y ampliamente aplicable para mejorar la compatibilidad entre los rellenos cerámicos y la matriz de polímeros mediante la adición de nanocompuestos de 3-aminopropiltrietilesilano (KH550) como agente de acoplamiento durante el proceso de fabricación de los nanocompuestos BaTiO3-P(VDF-CTFE) a través de la fundición de soluciones. Los resultados muestran que el uso de KH550 puede modificar la superficie de los nanocargadores cerámicos; por lo tanto, se logró una buena humectabilidad en la interfaz de polímero cerámico, y las prestaciones mejoradas de almacenamiento de energía se obtuvieron por una cantidad adecuada del agente de acoplamiento. Este método se puede utilizar para preparar compuestos flexibles, lo que es altamente deseable para la producción de capacitores de película de alto rendimiento. Si se utiliza una cantidad excesiva de agente de acoplamiento en el proceso, el agente de acoplamiento no conectado puede participar en reacciones complejas, lo que conduce a una disminución de la constante dieléctrica y un aumento de la pérdida dieléctrica.

Las películas independientes de nanocompuesto con diferentes contenidos de rellenos se fabricaron con éxito como se describe en el protocolo, y fueron etiquetadas como xBT-VC91, donde x es el porcentaje de volumen de BT en los compuestos. El efecto de KH550 (agente de acoplamiento) en la morfología y microestructura de estas películas BT-VC91 fue estudiado por SEM y se muestra en la Figura 1. Las imágenes SEM de nanocompuestos 30BT-VC91 con 1 y 5% de agente de acoplamiento wt se muestra...

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

Aquí, demostramos un proceso de fundición de soluciones simple y de bajo costo para mejorar la compatibilidad entre el relleno y la matriz de nanocompuestos a base de polímeros utilizando rellenos BaTiO3 modificados en superficie, que pueden mejorar eficazmente la densidad energética de los compuestos.

Aplicación de un agente de acoplamiento para mejorar las propiedades dieléctricas de los nanocompuestos basados en polímeros

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

Se demostró que el uso de agentes de acoplamiento comercial podía modificar la superficie de los nanocargadores cerámicos, por lo tanto, se logró una buena humectabilidad en la interfaz de polímero cerámico, y las prestaciones mejoradas de almacenamiento de energía se obtuvieron mediante una cantidad adecuada de agente de acoplamiento. El método desarrollado por este trabajo podría ser utilizado en la preparación de compuestos flexibles, que es altamente deseable para la producción de capacitores de película de alto rendimiento. Prepare la solución de KH550 con un disolvente de agua de etanol de 95 por ciento de peso en 15 minutos de ultrasonicación.Trate las nanopartículas BT en soluciones KH550 por 30 minutos de ultrasonicación. En este proceso, mida los pesos de los rellenos de nanopartículas KH550 y BT recubiertos con uno, dos, tres, cuatro y cinco por ciento de peso del agente de acoplamiento en la solución diluida KH550 con un volumen de cinco mililitros. Evaporar el disolvente de agua-etanol de la matriz a 80 grados C durante cinco horas, y luego a 120 grados C durante 12 horas en un horno al vacío.Utilice las nanopartículas secas como rellenos modificados por superficie en la preparación de nanocompuestos BTVC-91. Una, la solución de polímero a base de DMF se preparó disolviendo 0,3 gramos de polvos de polímero en DMF de 10 mililitros a temperatura ambiente mediante una agitación magnética durante ocho horas. Dos, las nanopartículas de titanato de bario se añadieron a la solución, luego siguieron con 12 horas de agitación para formar una suspensión homogénea y ultrasonidos durante 30 minutos.En el proceso de preparación, se utilizaron tanto el titanato de bario no modificado como el titanato de bario recubierto con agente de acoplamiento. Después de eso, la suspensión fue fundida sobre un sustrato de clase precalentado para hacer películas. Tres mililitros de la suspensión se dejó caer sobre cada uno de los sustratos de vidrio.Cinco, el sustrato de vidrio con suspensiones se mantuvo en el horno a 70 grados durante ocho horas para evaporar el disolvente. Seis, finalmente, las películas as-cast fueron liberadas del sustrato de vidrio y las películas independientes obtenidas fueron recocidos a 160 grados C en el aire durante 12 horas. Las películas independientes de nanocompuesto fueron fabricadas con éxito de acuerdo con el protocolo.Se confirmó a partir del SEM que las nanopartículas cerámicas tratadas con una cantidad adecuada de agente de acoplamiento que podría distribuirse uniformemente en los nanocompuestos durante la fundición; mientras que la cantidad excesiva de agente de acoplamiento puede causar interacciones entre nanopartículas cerámicas y conducir a la agregación de rellenos. Para los nanocompuestos con bajo contenido de relleno, la constante dieléctrica de los compuestos se utilizaba básicamente sin cambios con una pequeña cantidad de agente de acoplamiento y disminuye ligeramente con el futuro aumento de la cantidad de agente de acoplamiento. Para los nanocompuestos con alto contenido de relleno, la constante dieléctrica de los compuestos aumenta negativamente con una pequeña cantidad de agente de acoplamiento y disminuye bruscamente con el futuro aumento de la cantidad de agente de acoplamiento.En términos de pérdida dieléctrica, los nanocompuestos con agente de acoplamiento tienen una pérdida dieléctrica más alta que los nanocompuestos sin agente de acoplamiento. Las máximas intensidades de descomposición se obtuvieron cuando se utilizó el dos por ciento de peso del agente de acoplamiento. Se encontró una menor resistencia a la descomposición de los nanocompuestos con una mayor cantidad de agente de acoplamiento.Debido a las mayores resistencias a la descomposición y a nuestra relativamente alta eficiencia de descarga de carga, se mejoró la densidad máxima de energía de los nanocompuestos con una pequeña cantidad de agente de acoplamiento. En este trabajo, el titanato de bario, el material ferroeléctrico más estudiado con alta constante dieléctrica se utilizaron como rellenos. El copolímero PVDF-CTFE se utilizó como matriz polimérica para la preparación de compuestos de polímeros cerámicos.Para modificar la superficie de los nanocargadores de titanato de bario, los KH550 disponibles comercialmente fueron comprados y utilizados como agente de acoplamiento. La cantidad crítica del sistema nanocompueste fue determinada por la serie de experimentos. Se demostró un método fácil, de bajo costo y ampliamente aplicable para mejorar la densidad energética del sistema compuesto de tamaño nanoanueso.

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

El uso de microondas y muestras macroscópicas de dieléctricos sólidos para estudiar las propiedades fotónicas de desordenados Fotónicas materiales de banda prohibida

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

Investigación

Ingeniería

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

La Preparación de electrohidrodinámicos Puentes de Polar dieléctricas Líquidos

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 Desglose dieléctrica Situ dependiente del tiempo en el microscopio electrónico de transmisión: una posibilidad de comprender el mecanismo de falla en los dispositivos microelectrónicos

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

Proceso de fabricación de elastómeros dieléctricos actuadores basados ​​en silicona

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

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

Propiedades Electroactivos Polymer Nanopartículas Exponer fototérmica

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

Medir el tamaño de pulverización de gota de boquillas agrícolas Uso de difracción láser

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

Cargando óptica Trampa de micropartículas en dieléctrica del aire

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

Nueva aplicación de un chorro de Plasma de la presión atmosférica como agente Neuro-protector contra la lesión inducida por la deprivación de glucosa de células 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

Determinación de la excitación y el acoplamiento entre emisores de luz y plasmón superficial Polaritons

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