《PMMA改性氟聚合物的合成及其介電、儲電性能研究》是依託西安交通大學，由張志成擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：PMMA改性氟聚合物的合成及其介電、儲電性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張志成
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
氟聚合物的高介電常數使得其容易獲得高儲能密度，可用作超級電容器電介質材料。尤其是近年來報導的經CTFE改性後的氟共聚物的儲電密度高達17J/cm3，遠遠高於BOPP（2.5J/cm3），正受到各國研究者的重視。但是其高能量損耗（30%）嚴重限制了其套用。要降低其能量損耗，必須了解此類聚合物中結晶性能與其儲電性能之間的關係。為此，我們擬採用PMMA改性PVDF和P(VDF-TrFE)，通過改變PMMA的引入量、引入方式、引入結構等變化以精確控制改性氟聚合物的結構、組成、結晶度、晶體尺寸等參數，從而得到具有不同介電、儲電性能的改性氟聚合物。通過研究這些改性氟聚合物的結構與性能之間的關係，闡明氟聚合物介電損耗產生的機理，為此類材料的研究開發提供理論指導，並通過在氟聚合物中合理引入PMMA，最終實現降低能量損耗的目標。
結題摘要
本項目以含氟聚合物基高儲能電容器介電材料的開發為目標，通過聚甲基丙烯酸酯類對其進行共混/共聚改性，系統研究了聚合物結晶性能與介電儲能性能之間的關係，項目計畫內容已圓滿完成。對於三種不同晶相的PVDF薄膜，Alpha-相在高電場時發生相變，Beta-相則過早達到極化飽和，只有Gama-相可以在高電場下穩定存在。採用DSC、FTIR、XRD三種測量技術及分峰擬合方法，可以精確地表征P(VDF-TrFE)共聚物不同化學組成、不同熱處理薄膜的結晶性能。PMMA/PVDF共混體系和PMMA/P(VDF-TrFE)聚合物共混體系中，PMMA的加入可以降低PVDF的晶粒尺寸及其總體結晶度，非晶PMMA通過限制PVDF晶粒的翻轉降低了其不可逆極化，雖然其稀釋作用導致了一定的儲能密度的降低，但是其能量損耗顯著降低。採用ATRCT方法，以P(VDF-CTFE)商業產品為原料，成功合成了P(VDF-TrFE-CTFE)/P(VDF-TrFE)共聚物，實驗條件安全溫和且結構可控。詳細研究了ATRP反應中鏈轉移反應的影響規律，研究表明通過增大單體濃度、降低反應溫度和縮短反應時間，有利於減小鏈轉移副反應的影響。通過選擇不同的叔胺類催化劑、合適的催化劑濃度和溫度、溶劑體系，P(VDF-CTFE)發生脫HCl消除反應得到了分子內含雙鍵的PVDF聚合物。還通過單電子法成功合成了P(VDF-CTFE)接枝丙烯腈（PAN）共聚物。採用對含氟聚合物側連結枝甲基丙烯酸乙酯(PEMA)鏈段，成功實現了含氟聚合物高電場中的反鐵電行為，PEMA鏈段的引入使得高模量的非晶區有效的限制了極性晶粒在電場中的極化行為，通過加快解取向弛豫過程，消除了剩餘極化值。在不降低儲能密度的同時，大幅度降低能量損耗。通過研究具有不同極性的聚甲基丙烯酸酯的改性效果，成功實現了非晶區結構對含氟聚合物不同鐵電行為的調控，選擇合適的非晶聚合物有利於提高儲能密度且降低能量損耗，為含氟聚合物的理論研究和實際套用提供了基礎。
