높은 에너지 밀도와 효율을 갖는 유전체 필름을 구축하는 것은 고성능 유전체 필름 커패시터를 제조하는 핵심 요소입니다. 본 논문에서는 고유전성 고분자와 선형 유전성 고분자를 기반으로 모든 유기 복합막을 구성하였다. 선형 유전체 고분자 방향족 폴리티오우레아(ArPTU)의 최적화된 중축합 반응 후 적절한 분자량의 ArPTU가 얻어졌으며 복합 유전체용 폴리(비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌-클로로플루오로에틸렌)(PVDF-TrFE-CFE) 삼원공중합체에 도입되었습니다. 결과는 ArPTU 분자의 추가가 유전 손실을 줄이고 PVDF-TrFE-CFE의 항복 전계 강도를 효과적으로 향상시킨다는 것을 나타냅니다. PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(90/10) 복합 필름의 경우 최대 에너지 밀도는 약 22.06 J/cm 3 입니다. 407.57 MV/m에서 달성하였고, 약 72%의 높은 방전효율을 나타냈다. 이 복합 재료는 유연한 기판에 쉽게 주조될 수 있으며 높은 에너지 밀도, 높은 항복 전계 강도, 낮은 유전 손실 및 높은 방전 효율을 갖는 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 유기 복합 필름을 얻을 수 있습니다. 이것은 PVDF-TrFE-CFE 매트릭스 및 선형 고분자 유전체를 기반으로 하는 고에너지 밀도 유기 유전체 필름에 대한 보고되지 않은 탐구이며, 이 연구의 결과는 에너지 저장 장치용 유연한 고에너지 밀도 재료를 생산하기 위한 간단하고 확장 가능한 방법을 제공할 수 있습니다.
컴팩트하고 안정적인 전력 시스템을 위해서는 높은 에너지 밀도, 낮은 유전 손실, 고효율의 유전체 필름 커패시터가 필요합니다[1,2,3,4,5,6,7]. 사용 가능한 전기 에너지 저장 기술 중에서 유전체 필름 커패시터는 초고속 충방전 능력으로 인해 가장 높은 전력 밀도를 갖는다[8, 9]. 에너지 저장용 유전체 재료는 유전막 커패시터에서 중요한 역할을 하고, 유전막의 성능은 커패시터의 대부분의 성능을 결정하고 높은 에너지 밀도를 구성하며, 저유전 손실 유전막은 관련 연구에서 가장 주목받고 있다. 그러나 현재의 유전체 재료는 높은 에너지 밀도와 효율을 동시에 갖는 딜레마에 빠져 있다. 일반적으로 폴리머는 항복 전계 강도는 높지만 유전 상수는 낮습니다[10, 11]. 오늘날 널리 사용되는 선형 유전체 폴리머인 이축 배향 폴리프로필렌(BOPP)의 에너지 밀도는 1.2 J/cm 3 에 불과합니다. , 실제 적용의 필요성과는 거리가 멀다. 세라믹 재료는 유전율이 높으나 파괴 전계 강도가 매우 낮고 제조 공정이 복잡하다는 것은 잘 알려져 있습니다. 높은 유전 상수의 무기 나노 물질을 높은 에너지 밀도 유전체를 위한 유기 폴리머로 채우는 것은 이미 일반적입니다. 그러나 많은 경우 두 물질의 재결합은 두 성분 간의 상용성의 차이로 인해 응집 및 계면 접착을 일으켜 높은 유전 손실을 초래한다. 이를 위해 필름 및 관련 장치의 에너지 밀도를 더욱 높일 수 있는 새로운 유전체 재료를 찾고 설계해야 합니다.
폴리머는 무기 재료에 비해 간단한 가공 기술과 가벼운 밀도로 인해 유전체로 사용할 수 있는 매력적인 재료[12,13,14]로 가볍고 유연한 필름을 생성합니다. 폴리머 유전체로서 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF) 및 그 코폴리머는 높은 항복 필드 및 유전 상수로 인해 커패시터 응용 분야에 대해 광범위하게 연구되었습니다[15,16,17,18,19]. CF 결합의 높은 쌍극자 모멘트는 유전 상수가 더 높은 PVDF 기반 폴리머를 생성합니다. 불행히도, PVDF 및 그 코폴리머의 높은 잔류 분극과 큰 히스테리시스 손실은 커패시터의 유전체 재료에 대한 적용을 제한합니다. 이 문제를 해결하는 한 가지 방법은 PVDF 매트릭스에 구조적 결함을 통합하여 히스테리시스가 감소된 완화된 강유전성 폴리머를 설계하는 것입니다. 예를 들어, 클로로플루오로에틸렌(CFE)은 폴리(비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌)(PVDF-TrFE)에 도입되어 폴리(비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌-클로로플루오로에틸렌)(PVDF-TrFE-CFE), 좁은 히스테리시스 루프 및 높은 유전 상수를 형성합니다. 관찰된다[20, 21]. 그러나 PVDF 삼원 공중합체는 높은 전기장에서 높은 유전 손실을 보입니다[22].
최근에는 극성기를 갖는 선형 유전체 고분자가 높은 항복 전계 강도와 방전 효율로 인해 고성능 고분자 유전체로 활용되고 있다. 더 중요한 것은 서로 다른 극성 그룹을 가진 풍부한 선형 유전 고분자가 서로 다른 응용 분야에 대한 첫 번째 원리 계산에 따라 설계될 수 있다는 것입니다[23]. 이들 고분자 중 방향족 폴리티오우레아(ArPTU)는 높은 항복 전계 강도(1.0 GV/m)와 높은 충방전 효율(1.1 GV/m에서 90%)을 갖는 새로운 선형 유전체 고분자로 보고되었다[24, 25]. 방향족 폴리머 필름은 여전히 높은 전기장에서 선형 유전 응답을 나타냅니다. 다른 비극성 폴리머와 달리 ArPTU의 극성 그룹의 무작위 쌍극자 및 비정질 유리 상 구조는 트랩 역할을 할 수 있어 캐리어의 산란을 크게 증가시켜 고전계에서 전도 손실을 크게 줄일 수 있습니다. 그러나 ArPTU는 단단한 방향족 그룹으로 인해 부서지기 쉬우므로 유전체 필름 커패시터 응용, 특히 롤투롤 공정을 기반으로 하는 장치를 위한 대면적 필름 준비에 적합하지 않습니다. 필름 준비 방법에 관해서는 3D 프린팅과 같은 몇 가지 새로운 방법이 유전층 준비를 위해 등장하고 있습니다[26, 27]. 그러나 특히 대면적 복합유전체의 필름 제조공정에 적용하기 위해서는 추가적인 개선이 필요하다.
본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 전체 유기 유전체 재료를 연구하여 높은 에너지 밀도와 효율을 모두 달성하였다. 컴파운딩 공정에 앞서 두 폴리머 간의 우수한 시너지 효과를 충족시키기 위해 ArPTU의 성능에 대한 분자량의 영향을 자세히 조사했으며, 이는 선형 유전체를 기반으로 하는 고성능 및 전체 유기 유전체를 구축하기 위한 보다 가치 있는 지침을 제공할 것입니다. 재료. 그런 다음, 소량의 ArPTU를 PVDF-TrFE-CFE 매트릭스에 혼합하여 간단한 용액 주조 방법을 활용하여 대면적 복합 필름을 제조하고 높은 에너지 밀도와 효율을 갖는 복합 유전 필름을 달성했습니다. 특히 이 복합 고분자는 가공이 용이하고 무게가 가벼우며 비용이 저렴하여[28,29,30] 고성능 유전체 커패시터 및 에너지 저장 응용 분야로 유망한 미래를 보여줍니다.
PVDF-TrFE-CFE 63.2/29.7/7.1(몰%)은 Piezotech(프랑스)에서 구입했습니다. 4,4'-디페닐메탄디아민(MDA)은 Aladdin(중국 상하이)에서 구입했으며 p -페닐렌 디이소티오시아네이트(PDTC)는 Acros(벨기에)에서 구입했습니다. 아니 -메틸피롤리돈(NMP)은 Chengdu Kelong Chemical Company에서 공급했습니다.
ArPTU는 중축합 반응에 의해 합성되었다. 1.922 g(0.01 mol)의 PDTC 및 1.982 g(0.01 mol)의 MDA를 N2하에 NMP 용매 40 ml로 미리 채운 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가했습니다. 대기. 상온에서 6시간 반응 후 메탄올로 3~5회 세척한 후 60℃ 진공오븐에서 12시간 건조하여 폴리티오우레아를 얻었다. 합성 폴리티오우레아의 두 단량체 비율을 조절하여 A, B, C의 3가지 분자량 폴리티오우레아를 얻습니다.
다른 비율의 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름은 용액 주조 방법으로 제조되었습니다. 먼저 미리 계산된 ArPTU 및 PVDF-TrFE-CFE의 질량을 NMP 용매에 별도로 용해하여 해당 용액을 형성하고 실온에서 4시간 동안 교반했습니다. 그런 다음 이전 단계에서 준비한 용액과 다른 질량비의 용액을 별도로 혼합하고 N2 혼합하는 동안 발생하는 기포를 피하기 위해 충전하고 실온에서 6시간 동안 교반하였다. 깨끗한 석영유리판에 용액주조법으로 균일한 두께의 막을 형성하고, 60°C, 12시간 동안 진공건조하여 복합막을 얻었다.
유전체 폴리머 필름의 단극 분극-전기장 히스테리시스 루프는 실온 및 10 Hz의 주파수에서 4000 V 증폭기가 장착된 Precision Multiferroic(Radiant)을 사용하여 획득되었습니다. 적용된 필드의 함수로서 충전-방전 사이클의 효율은 저장된 전기 에너지에 대한 방전된 에너지의 비율로 주어졌습니다. 임피던스 분석기(Agilent 4294A)를 사용하여 실온에서 100Hz ~ 1MHz 범위에서 유전성 고분자 필름의 유전상수 및 손실을 측정했습니다. 절연성 고분자 필름의 항복 전계 강도는 상온에서 AC 및 DC 내전압 절연 저항 시험기(TH9201)로 측정하였다. 복합 필름의 파괴 강도는 Weibull 분포 통계에 의해 결정되었습니다.
주사전자현미경(SEM, Hitachi S-4800)을 이용하여 유전체 고분자막의 표면 형태를 관찰하였다. 유전체 고분자 필름의 푸리에 변환 적외선 분광기(FTIR) 곡선은 FTIR 분광기(8400S, Shimadzu)로 400~4000 cm -1 범위에서 관찰되었습니다. . 유전체 폴리머 필름의 X선 회절(XRD) 패턴은 Cu Kα 방사선을 사용하는 X선 분말 회절계(X'Pert Pro, Panalytical)로 기록되었습니다.
분자량은 ArPTU의 물리적 성능, 특히 유전체 성능과 가공성에 뚜렷한 영향을 미칩니다. 중축합 반응 조건, 특히 두 단량체의 비율을 조절하여 표 1과 같이 분자량이 다른 ArPTU를 합성했습니다(A, B, C는 PDTC/MDA(1/1) 몰비로 합성된 폴리티오우레아입니다) , PDTC/MDA(0.95/1) 및 PDTC/MDA(1.05/1)). 두 단량체 MDA와 PDTC의 몰비를 조정함으로써 세 ArPTU의 중량평균분자량과 수평균분자량은 A> B> C의 순서로 연속적으로 감소하였다. 그림 1은 서로 다른 분자의 유전상수와 유전손실을 보여준다. 주파수의 함수로 무게 ArPTU 필름. 다른 분자량 ArPTU 필름의 유전 상수는 주파수가 증가함에 따라 감소함을 알 수 있습니다. ArPTU 분자에는 극성기-티오우레아기가 있고 분자 내에서 분극을 바꾸는 쌍극자가 유전상수에 많은 기여를 하기 때문이다. 테스트 주파수가 증가함에 따라 쌍극자 조종 분극의 기여도가 감소합니다[31]. 특히 고주파에서 쌍극자 조향의 속도는 전기장의 변화를 따라가지 못하므로 테스트 주파수가 증가함에 따라 유전 상수가 감소합니다.
<그림> <그림><그림><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springerature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-020-3270-x/MediaObjects/ 11671_2020_3270_Fig1_HTML.png?as=webp">
분자량이 다른 ArPTU 필름(A, B, C는 PDTC/MDA(1/1), PDTC/MDA(0.95/1) 및 PDTC/MDA(1.05)의 몰비로 합성된 폴리티오우레아입니다. /1))
1000 Hz의 시험 주파수에서 분자량이 다른 ArPTU 필름의 유전 상수는 A(4.55)> B(4.15)> C(4.10)의 순서로 감소하며, 이는 3개의 ArPTU의 분자량 순서와 일치합니다. . 이러한 현상의 원인은 고분자량 고분자에서 ArPTU 입계층 쌍극자의 배위 배향 때문일 수 있다[32, 33]. 이 분자 구조에서 ArPTU 입계층의 분자 세그먼트는 결정 영역 분자의 정렬 특성을 유지할 뿐만 아니라 격자 네트워크에 의해 제한되지 않습니다. 따라서 ArPTU 필름에서 입계층의 체적 분율이 높을수록 유전 상수가 높아집니다. 더 많은 장쇄 분자와 결정립계 층을 포함하는 고분자량 ArPTU 필름은 더 많은 부피를 차지하므로 유전 상수가 더 높아집니다.
(그림 1)과 같이 분자량이 다른 ArPTU 필름의 유전 손실은 먼저 감소한 다음 테스트 빈도가 증가함에 따라 증가합니다. 100–10,000 Hz 영역에서 DC 이온 전도도는 테스트 주파수가 증가함에 따라 감소하여 유전 손실이 감소합니다. 시험 주파수가 10,000 Hz보다 높으면 쌍극자 이완으로 인해 시험 주파수가 증가함에 따라 유전 손실이 증가합니다[34]. 분명히 세 가지 샘플의 유전 손실 곡선은 크게 다르지 않지만 고주파 영역에서 약간의 차이만 있습니다. 즉, ArPTU의 분자량은 ArPTU 필름의 유전 손실에 거의 영향을 미치지 않습니다.
분자량이 다른 ArPTU 필름의 충방전 효율은 (그림 2)와 같이 단극 분극-전기장 히스테리시스 루프를 측정하여 계산할 수 있습니다. 인가된 전기장의 증가에 따라 충방전 효율이 감소한다. 고분자량 ArPTU 필름에 비해 저분자량 ArPTU 필름의 충방전 효율은 느린 속도로 감소합니다. 2000 KV/cm의 전계하에서 분자량이 다른 ArPTU 박막의 충방전 효율은 A(83.35%)
분자량이 다른 ArPTU 필름의 충방전 효율(A, B, C는 PDTC/MDA(1/1), PDTC/MDA(0.95/1) 및 PDTC/MDA(1.05/1)의 몰비로 합성된 폴리티오우레아입니다. 1))
그림 3은 분자량이 다른 ArPTU 필름의 XRD 곡선입니다. 분자량이 다른 ArPTU 필름은 2θ ≅ 22°에서 비교적 넓은 X선 회절 피크를 가지며, 분자량이 증가함에 따라 피크의 강도가 감소한다. ArPTU는 비정질 구조를 가지고 있고, 분자량이 큰 ArPTU 막은 장쇄 분자를 더 많이 포함하여 비정질 영역이 더 커지기 때문입니다. 따라서 고분자 필름의 결정도가 낮아져 회절 피크가 약해집니다[35, 36].
분자량이 다른 ArPTU 필름의 XRD 곡선(A, B, C는 PDTC/MDA(1/1), PDTC/MDA(0.95/1) 및 PDTC/MDA(1.05/1)의 몰비로 합성된 폴리티오우레아입니다. )
그림 4는 주사 전자 현미경(SEM)으로 특징지어지는 ArPTU, PVDF-TrFE-CFE 및 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(90/10)의 표면 형태를 보여줍니다. PVDF-TrFE-CFE 필름의 표면은 XRD 결과로 구성된 높은 결정성을 나타내는 수지상 구조를 나타냄을 관찰할 수 있습니다. ArPTU 필름은 필름 표면이 매우 매끄럽고 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(90/10) 복합 필름 표면에 약간의 작은 입자가 나타납니다. 분명히 PVDF-TrFE-CFE의 도메인은 XRD 데이터로 구성된 ArPTU를 혼합하여 축소되었습니다.
다른 필름의 SEM 이미지. 아 아르피투. ㄴ PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(90/10). ㄷ PVDF-TrFE-CFE. d PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(95/5)
ArPTU 질량비가 다른 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름의 FTIR 곡선이 (그림 5a)에 나와 있습니다. FTIR 곡선은 비율이 다른 복합 필름이 1230 cm
−1
에서 명백한 흡수 피크를 가지고 있음을 보여줍니다. , 복합 필름에서 ArPTU의 존재를 증명하는 폴리티오우레아의 -HN-CS-NH- 그룹에서 비롯됩니다. 합성 비율이 다른 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름의 XRD 곡선이 (그림 5b)에 나와 있습니다. PVDF-TrFE-CFE 필름과 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름이 2θ ≅ 19.72°에서 뚜렷한 특징적인 피크를 가지고 있음을 알 수 있으며, 이 피크는 β상(110)과 (110)의 특징적인 회절피크이다. 200) 결정면. 회절 피크의 세기는 ArPTU 함량이 증가함에 따라 감소하는데, 이는 ArPTU 함량이 증가함에 따라 복합막의 결정도가 감소함을 의미한다. 또한, PVDF-TrFE-CFE 필름과 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(95/5) 필름은 2θ ≅ 17.56°에서 더 약한 회절피크를 가지며, 이 피크가 α상(020)의 특징적인 회절피크이다. 크리스탈 평면. ArPTU의 질량 분율이 10% 이상에 도달하면 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합막의 α상의 결정화 피크가 약해지며, 이는 복합막이 ArPTU 성분의 증가에 따라 천천히 비정질 상태로 변형됨을 나타냅니다.
아 합성 비율이 다른 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 합성 필름의 FTIR 곡선. ㄴ 복합 비율이 다른 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름의 XRD 곡선
이상의 결과를 바탕으로 유전상수와 방전효율이 더 높은 ArPTU 시료 B를 선택하여 PVDF-TrFE-CFE 복합유전체막을 제조하였다. 먼저 PVDF-TrFE-CFE 매트릭스의 유전 특성에 대한 ArPTU의 영향을 연구하기 위해 실온에서 100Hz에서 1MHz 범위의 유전 주파수 스펙트럼을 특성화했습니다. (Fig. 6a)에 나타난 바와 같이 ArPTU의 함량이 증가함에 따라 복합막의 유전상수가 점차 감소함을 알 수 있다. 복합 필름은 1000Hz에서 각각 95/5, 90/10 및 85/15 비율에서 35.72, 30.02 및 28.37의 유전 상수를 갖습니다. 복합 필름의 감소된 유전 상수는 낮은 유전 상수 ArPTU의 추가로 인한 것입니다. 동시에 ArPTU 첨가량이 증가함에 따라 복합막의 유전율 주파수 의존성은 감소한다. 이는 ArPTU의 티오요소 단위가 PVDF-TrFE-CFE 매트릭스와 상호 작용하여 PVDF-TrFE-CFE의 쌍극자의 회전을 제한하기 때문입니다[37].
아 ArPTU, PVDF-TrFE-CFE 및 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름의 유전 상수. ㄴ ArPTU, PVDF-TrFE-CFE 및 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름의 유전 손실
그림 6b는 ArPTU 비율이 다른 복합 필름의 유전 손실과 주파수 사이의 관계를 보여줍니다. 모든 복합 필름의 유전 손실이 PVDF-TrFE-CFE 필름보다 낮음을 알 수 있으며, 이는 ArPTU 분자의 추가가 PVDF-TrFE-CFE의 유전 손실을 효과적으로 감소시킬 수 있음을 나타냅니다. 이는 폴리티오우레아의 티오우레아 단위가 면간 공간을 증가시키고 폴리머 사슬의 쌍극자가 자유롭게 회전할 수 있는 더 많은 공간을 가지므로 쌍극자 이완을 효과적으로 제한하기 때문입니다. 고주파에서의 유전 손실은 주로 쌍극자 이완에서 비롯되기 때문에 결과는 ArPTU의 티오요소기가 쌍극자 이완을 제한할 수 있음을 다시 나타냅니다[37, 38].
유전체 필름의 항복 전계 강도는 실제 커패시터 응용 분야에서 또 다른 중요한 매개변수입니다. ArPTU 비율이 다른 복합 필름의 항복 전계 강도는 Weibull 분포 통계에 의해 특징지어지며 (그림 7)에 나와 있습니다. ArPTU, PVDF-TrFE-CFE, PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(95/5), PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(90/10) 및 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(85/15) 필름의 경우, Weibull 분포에 의해 계산된 항복 전계 강도는 각각 467.5 MV/m, 324.6 MV/m, 366.9 MV/m, 407.6 MV/m, 302.4 MV/m였다. PVDF-TrFE-CFE 필름과 비교하여 ArPTU의 도입으로 복합 필름의 항복 전계 강도가 크게 향상되었으며 ArPTU 함량이 많을수록 복합 필름의 더 높은 항복 전계 강도가 얻어짐을 보여줍니다. ArPTU를 추가하면 복합 필름에서 전자-포논 산란 및 전자-쌍극자 산란이 향상되어 항복 필드가 크게 개선됩니다[38]. 그러나 ArPTU 함량을 15%로 증가시키면 복합재료의 항복전계강도가 감소하는데, 이는 두 고분자의 박리 현상으로 인한 것으로 복합재의 결함이 더 많이 발생하고 그에 따른 항복전계강도가 감소하기 때문이다. 따라서 ArPTU를 적절히 추가하면 고유전율 PVDF-TrFE-CFE 필름의 항복 전계 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.
ArPTU, PVDF-TrFE-CFE 및 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름의 Weibull 분석
ArPTU 비율이 다른 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름의 단극 편광-전기장 히스테리시스 루프가 (그림 8)에 나와 있습니다. 복합 필름의 최대 편광은 ArPTU 함량이 증가함에 따라 감소합니다. 3가지 다른 비율의 복합 필름의 잔류 편광은 PVDF-TrFE-CFE 필름에 비해 감소하여 ArPTU 분자의 추가가 PVDF-TrFE-CFE의 초기 편광 포화를 효과적으로 억제하여 더 높은 충방전 효율을 얻을 수 있음을 나타냅니다. .
단극 분극-전기장 히스테리시스 루프. 아 아르피투. ㄴ PVDF-TrFE-CFE. ㄷ PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(95/5). d PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(90/10). 이 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(85/15)
실제 응용에서 충방전 효율은 항상 가열로 이어지고 커패시터의 성능과 신뢰성을 손상시키는 에너지 손실로 인한 유전체 재료의 또 다른 중요한 특성 매개변수입니다. 그림 9는 ArPTU 비율이 다른 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름의 충방전 효율을 보여줍니다. PVDF-TrFE-CFE 필름의 인가 전계 강도는 500에서 2000KV/cm로 증가했고 충방전 효율은 주로 높은 전기장에서 강유전성 히스테리시스 손실로 인해 77에서 58%로 감소했습니다. ArPTU 비율이 다른 복합 필름의 충방전 효율은 PVDF-TrFE-CFE 필름보다 훨씬 높습니다. PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(90/10) 필름은 2000KV/cm의 전기장에서 72%의 충방전 효율을 유지합니다. 2000KV/cm에서 복합 재료는 5.31 J/cm
3
의 높은 에너지 밀도를 나타냅니다. , 실용상 BOPP 필름보다 훨씬 높습니다. ArPTU의 추가는 PVDF-TrFE-CFE의 분자 구조를 변경하고 PVDF-TrFE-CFE가 분극 포화에 조기에 도달하는 것을 억제합니다. ArPTU의 적절한 첨가 비율은 복합 필름의 충방전 효율에 뚜렷한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 85/15 비율의 합성물은 높은 ArPTU 함량으로 인해 비교적 낮은 충방전 효율을 가지며, 이는 두 폴리머의 박리 현상으로 인해 발생할 수 있습니다.
복합 비율이 다른 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름의 충방전 효율
합성 비율이 다른 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 합성 필름의 에너지 밀도는 그림 10a에 나와 있습니다. ArPTU 필름에 비해 복합 필름의 저장 밀도 향상은 복합 필름의 유전 상수 성능의 결과로 구성됩니다. 순수한 ArPTU 필름과 비교하여 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름은 향상된 유전 상수로 인해 동일한 전기장에서 더 높은 에너지 밀도를 가짐을 알 수 있습니다. PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(90/10) 복합 필름에서 PVDF-TrFE-CFE 필름의 최대 에너지 밀도는 22.06 J/cm
3
의 저장 밀도를 갖습니다. 4076KV/cm에서. PVDF-TrFE-CTFE/ArPTU 복합 필름과 비교(19.2 J/cm
3
) [37], 우리 연구의 필름은 더 높은 에너지 저장 밀도를 보여줍니다. 우리 작업의 필름은 항복 전압이 약간 낮지만 유전 상수가 높을수록 에너지 저장 밀도가 크게 향상됩니다. 따라서 고에너지 밀도 복합 필름을 구성할 때 파괴 강도와 유전 상수의 균형을 고려해야 합니다. 또한, 방전 에너지 밀도를 고려할 때, 우리의 연구는 가장 높은 방전 에너지 밀도로 높은 경쟁력을 나타냅니다. 이는 그림 10b에 나와 있습니다. 유기-무기 복합 필름에 비해 유기 복합 필름은 필름의 에너지 저장 밀도와 효율성을 보다 효율적으로 향상시킬 수 있으며 롤투톨 소자 제작을 위한 실제 응용 분야에서 실현 가능합니다[41, 42]. 결국, ArPTU의 분자량과 첨가비를 적절히 조절함으로써 높은 에너지 밀도, 높은 항복 전계 강도, 낮은 유전 손실 및 높은 충방전 효율을 갖는 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 기반 고성능 유기 유전체는 건설된다. 이 고성능 폴리머 필름은 고전력 밀도 필름 커패시터 애플리케이션을 위한 유망한 유전체 재료로 입증되었습니다.
아 복합 비율이 다른 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름의 에너지 밀도. ㄴ 보고된 작업과 우리 작업의 방전 에너지 밀도 비교 [39, 40]
ArPTU는 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU에 도입되어 용액 캐스팅 방법을 통해 복합 유전체 필름을 제조했습니다. PVDF-TrFE-CFE 필름과 비교하여 PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름은 더 높은 항복 전계 강도, 더 높은 충방전 효율, 더 낮은 유전 손실을 가지고 있습니다. 더 높은 항복 전계 강도는 에너지 저장 밀도의 증가를 의미합니다. PVDF-TrFE-CFE/ArPTU(90/10) 복합 필름의 저장 밀도는 22.06 J/cm
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입니다. 407.57MV/m에서 복합막의 유전 특성 개선은 결정 구조의 변화와 관련이 있습니다. PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름의 우수한 유전 특성과 간단한 준비 과정은 미래 유전체 재료에 대한 중요한 연구 돌파구이자 에너지 저장 장치에 대한 유망한 응용 전망을 제공합니다.
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교류
방향족 폴리티오우레아
이축 배향 폴리프로필렌
클로로플루오로에틸렌
직류
4,4'-디페닐메탄디아민
아니 -메틸피롤리돈
피 -페닐렌디이소티오시아네이트
폴리(비닐리덴 플루오라이드)
폴리(비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌)
폴리(비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌-클로로플루오로에틸렌)
폴리(비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌)
PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름의 특성
PVDF-TrFE-CFE/ArPTU 복합 필름의 유전 특성
결론
데이터 및 자료의 가용성
약어
나노물질
초록 칼코겐화물의 임계값 전환은 고밀도 및 3차원 적층 가능한 교차점 어레이 구조에 대한 잠재적인 응용으로 인해 상당한 관심을 끌었습니다. 그러나 우수한 임계값 스위칭 특성에도 불구하고 이러한 선택기의 선택성 및 내구성 특성은 실제 적용을 위해 개선되어야 합니다. 이 연구에서 Ga2의 임계값 스위칭 동작에 대한 Ag의 영향 테3 selector는 선택성과 내구성 측면에서 조사되었습니다. Ag-Ga2 테3 선택자는 108의 높은 선택성을 나타냈습니다. <100fA의 낮은 오프 상태 전류, 0.19mV/dec의 가파른 턴온 슬로프,
초록 ZrO2가 포함된 고이동성 Ge nMOSFET 게이트 유전체는 오존(O3 ) 치료, O3 치료 후 O3 없이 치료. O3 처리, ZrO2가 있는 Ge nMOSFET EOT가 0.83nm인 유전체는 피크 유효 전자 이동도(μ)를 얻습니다. 에프 )/682cm2 /Vs, 중간 반전 전하 밀도(Q 인보이스 ). 한편, O3 Al2로 후처리 O3 계면 층은 극적으로 향상된 μ를 제공할 수 있습니다. 에프 , 약 50% μ 달성 에프 중간 Q에서 Si 범용 이동성과 비교하여 개선 인보이스 5 × 1012 cm−2 . 이 결과는 ZrO
