研究目的
通过电纺丝-热压法引入表面改性的石墨烯,以提高聚偏氟乙烯基复合材料的介电常数,旨在应用于高电荷存储和嵌入式电容器。
研究成果
SMG/PVDF复合材料由于石墨烯有效分散和界面相互作用,展现出显著增强的介电常数(16 wt.% SMG在1000 Hz时高达83.8)、低介电损耗(0.34)和高热导率(0.679 W/mK),使其在电容器等电子应用领域具有良好前景。未来工作可探索其他聚合物或填料类型。
研究不足
该研究在工业应用的可扩展性方面可能存在局限,石墨烯分散的潜在变异性,以及所使用的特定设备可能并非普遍可用。优化方向可聚焦于进一步降低介电损耗并提升热导率。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用氧化石墨烯(GO)与APTES表面改性、NaBH4还原、BPO引发PVDF接枝,继而通过静电纺丝制备纤维膜并热压形成固体复合材料的方法。该方法旨在实现石墨烯在PVDF基体中的良好分散,并通过微电容器形成和界面极化增强介电性能。
2:样品选择与数据来源:
样品包括GO、氨基化GO、氨基-G、SMG及不同SMG含量(4 wt.%、8 wt.%、12 wt.%、16 wt.%)的SMG/PVDF复合材料。数据源自合成材料并通过多种技术表征。
3:实验设备与材料清单:
设备包括透射电镜(JEOL JEM-2010)、扫描电镜(Zeiss Merlin)、傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet/Nexus 670)、广角X射线衍射仪(Bruker D8)、热重分析仪(Shimadzu DTG-60A)、拉曼光谱仪(Renishaw 2000)、X射线光电子能谱仪(Thermal Scientific Escalab 250Xi)、阻抗分析仪(Agilent 4294A)及热导率测试仪(TPS2500 Hot Disk)。材料包括GO、PVDF(Solef 6008)、APTES、NaBH4、DMF、乙醇、BPO、丙酮。
4:0)、扫描电镜(Zeiss Merlin)、傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet/Nexus 670)、广角X射线衍射仪(Bruker D8)、热重分析仪(Shimadzu DTG-60A)、拉曼光谱仪(Renishaw 2000)、X射线光电子能谱仪(Thermal Scientific Escalab 250Xi)、阻抗分析仪(Agilent 4294A)及热导率测试仪(TPS2500 Hot Disk)。材料包括GO、PVDF(Solef 6008)、APTES、NaBHDMF、乙醇、BPO、丙酮。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:GO经APTES改性形成氨基-GO,NaBH4还原为氨基-G,BPO引发PVDF接枝形成SMG。SMG/PVDF溶液通过特定参数(电压+15 kV/-2 kV、距离10 cm、转速2800 rpm)静电纺丝成膜,经干燥、层压及热压(200°C、12-14 MPa、4分钟)制得复合材料。
5:数据分析方法:
采用FTIR峰拟合、WAXD图谱分析、XPS峰拟合、特定方程计算β相含量,以及介电性能与热导率测量等技术进行数据分析。
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Scanning Electron Microscopy
Merlin
Zeiss
Investigate morphologies of samples
-
Wide-angle X-ray Diffractometer
D8
Bruker
Obtain WAXD patterns
-
Thermal Gravimetric Analyzer
DTG-60A
Shimadzu
Investigate thermal stabilities
-
X-ray Photoelectron Spectrometer
Escalab 250Xi
Thermal Scientific
Conduct XPS measurements
-
Impedance Analyzer
4294A
Agilent
Investigate dielectric properties
-
Transmission Electron Microscopy
JEM-2010
JEOL
Investigate microstructures of samples
-
Fourier-Transform Infrared Spectrometer
Nexus 670
Nicolet
Obtain FTIR spectra
-
Raman Spectrometer
2000
Renishaw
Obtain Raman spectra
-
Thermal Conductivity Equipment
TPS2500
Hot Disk
Measure thermal conductivities
-
Polyvinylidene Fluoride
Solef 6008
Solvay
Polymer matrix for composites
-
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