具有雙納米構(gòu)造的含氟聚合物復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、隨著柔性電子器件和大規(guī)模儲能科技的發(fā)展，具有高介電常數(shù)(k)的柔性聚合物基復(fù)合材料在工業(yè)上和學(xué)術(shù)上獲得了廣泛的關(guān)注。目前制備高k值柔性聚合物基復(fù)合材料最普遍的策略是將聚合物和高k值的無機納米填料進行復(fù)合。前者聚合物的k值較低但是可以提供聚合物復(fù)合材料的力學(xué)柔性和較高的介電擊穿強度；后者無機納米填料缺乏柔性和介電擊穿強度，但是其k值較高。一般而言，高k值的無機納米填料主要包括兩類：介電陶瓷納米粒子和導(dǎo)電納米粒子。對于介電陶瓷而言，雖然其能

2、夠顯著提高聚合物復(fù)合材料的k值并保持較小的介電損耗，但是其添加量往往較高，這使得材料的柔性和加工性大大降低，阻礙了其在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。相比之下，導(dǎo)電填料(諸如一維的碳納米管(CNTs)和二維的石墨烯(GNs)等)具有高k值、使用量極少的優(yōu)勢，這使得材料保持著高力學(xué)柔性、易加工性、質(zhì)輕和低耗等優(yōu)點。因此，通過將聚合物和導(dǎo)電填料進行復(fù)合有望實現(xiàn)高k值的柔性聚合物基復(fù)合材料。
　　本工作以聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物聚偏氟乙烯-三

3、氟氯乙烯(P(VDF-CTFE))為基體，通過添加無機導(dǎo)電填料 CNTs和含有不飽和雙鍵的離子液體(IL)，制備含氟聚合物的復(fù)合薄膜，然后薄膜經(jīng)過室溫下固體電子束輻射技術(shù)使得 IL接枝到聚合物基體無定形的分子鏈上，最后進行熔融相分離，從而得到兼有無機CNTs和有機聚離子液體納米微區(qū)的雙納米相復(fù)合材料，研究納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　(1) PVDF/IL共混薄膜通過固體電子束輻照技術(shù)能實現(xiàn)IL在PVDF

4、無定形區(qū)分子鏈上的原位接枝，輻照接枝后的樣品熔融過程中發(fā)生微相分離。為研究共混薄膜結(jié)晶度對微相分離樣品形態(tài)的影響，首先對 PVDF/IL共混樣品進行熱處理，制備出具有不同結(jié)晶度的共混物，然后通過固體電子束輻照的方法得到接枝的PVDF-g-IL復(fù)合材料，最后經(jīng)過熔融相分離，得到具有 PVDF-g-IL納米微區(qū)的復(fù)合材料。DSC的結(jié)果表明，復(fù)合材料的結(jié)晶度有較大變化，其中150°C等溫后薄膜的結(jié)晶度最大。XRD的研究結(jié)果表明薄膜經(jīng)過不同熱處

5、理后，150°C等溫結(jié)晶樣品的復(fù)合薄膜晶型為極性?晶型。TEM的結(jié)果表明不同熱處理方式并未對材料最終的微觀形貌有較大的影響。
　　(2)在PVDF的基體中，添加經(jīng)IL包覆的CNTs，通過輻射和微相分離過程，制備出同時含有均勻分散的CNTs和有機導(dǎo)電納米微區(qū)(PVDF-g-IL)共存的雙納米相復(fù)合材料。在輻照前的熔融共混階段，IL有助于CNTs在基體中的分散；輻照過程中IL接枝到PVDF分子鏈上；熔融時，接枝有IL的PVDF鏈發(fā)生微

6、相分離，形成納米微區(qū)，而均勻分散的CNTs沒有發(fā)生二次聚集，因而形成獨特的雙納米相復(fù)合材料。復(fù)合材料具有較好的強度和延展性，同時介電常數(shù)高，而介電損耗仍保持在較低的范圍內(nèi)。
　　(3)以P(VDF-CTFE)為聚合物基體，IL作為添加劑，制備出P(VDF-CTFE)/IL共混薄膜，通過輻射接枝和熔體的微相分離過程，獲得了有機納米微區(qū)均勻分散的 P(VDF-CTFE)復(fù)合材料。研究表明微相分離后材料具有優(yōu)異的力學(xué)和良好的介電特性。<