添加BaTiO3@TiO2纤维高储能密度聚合物纳米复合电介质中的原子尺度界面工程
界面问题是聚合物纳米复合材料中一个普遍并且重要的问题,因为当界面尺度降低到纳米级会是界面面积急剧增大。通过将BaTiO3纳米颗粒嵌入到TiO2纳米纤维中制备BaTiO3@TO2纳米复合纤维,并且与PVDF共混制备PVDF纳米复合薄膜,纳米复合纤维内部的界面效应使复合材料的击穿场强和介电常数得到了同时提升,当纤维的体积添加量仅为3％时,复合薄膜的储能密度可以达到20 J cm-3,为目前PVDF基纳米复合材料中的最高水平。采用双球差投射电镜对复合纤维内部的原子尺度上的界面结构进行进一步的结构表征,结果发现在复合纤维内部BaTiO3纳米颗粒和TiO2之间存在3-5nm的带状界面区域,界面区域内可以观察到Ba2+和Ti4+离子的互占位以及BaTiO3和TiO2之间的晶格失配,离子互占位导致的多余电荷和晶格失配导致的应力导致了界面极化的增强。这种由复合纤维构造的原子尺度的分级界面为获得更高介电性能和储能密度的聚合物纳米复合材料提供了新的途径和思路。
界面 纳米复合材料 介电 纳米纤维 储能密度
张鑫 沈洋 张庆华 谷林 胡雨涵 杜嘉雯 林元华 南策文
清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京 100084 中国科学院物理所北京国家凝聚态物理实验室,北京 100190
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2015-05-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）