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Nanofiller Dispersion in Polymer Dielectrics 學號:4A140057 姓名:林哲緯 英文期刊 作者 Niskayuna, Schenectady 摘要 • 納米介電複合材料，已經開發了近幾年試 圖改善的介電性質，例如介電常數，絕緣 強度和耐電壓。在各種調查，納米粒子分 散物特別強調了這項工作。通用電氣公司 全球研究中心尼什卡納美國紐約調查了各 種納米粒子，納米複合材料和納米複合材 料的合成方法，有意了解粒子的分散以及 對納米複合材料的介電性能的影響。 • 擊穿強度和含有不同粒子納米複合材料的微觀 結構進行了研究與電容和電氣絕緣技術的項目。 該納米複合材料的合成方法或者採用商用的納 米顆粒或使用納米顆粒自組裝（原位沉澱）以 矩陣。我們的研究已經表明，製備的溶液化學 納米複合材料是更有利的製造納米顆粒的均勻 分散。納米複合材料的結構信息進行了研究用 透射電子顯微鏡和顆粒和基質聚合物之間的 interection使用介電譜進行了初步探測。在這 些新的一類材料15J /厘米的數量級上的高能量 密度是可以實現在納米複合材料。 介紹 • 新的先進的可再生能源技術的快速發展以及國防應用去 命令高能量密度，高功率密度和高溫部件。在這些組件 是先進的電容器，極大地所需要的先進的電介質材料和 膜處理技術。人們已經清楚地認識到每一代新的CA-的 電容器已經被主要記入新的介電材料的創新工程。從介 電材料（發展和化學 - 伊士萊）一路流程週期到電容器 製造（金屬化，傷人及接觸噴霧）。 常規電介質材料發展後續編輯的有機聚合物，無機陶瓷 和薄膜分開的路徑，由於電容器的類型MA- nufactured， 聚合物膜和多層陶瓷鈣pacitors。聚合物電介質表現出非 常高的介電強度（> 300千伏/毫米），下介電損耗 （<0.01），和足夠的機械柔性加工，這是在薄膜電容 器重要。 • 然而，它們具有低的相對介電常數或常數（<4）和 低的操作溫度（<200℃）相比，CE-拉米奇材料。陶 瓷介質趨向於具有非常高的介電常數（> 100），但 是相對低的二電強度（<50千伏/毫米）和/或可以是 與（鐵電型）陶瓷的結構相關聯piezoelec型一。低 介質強度的陶瓷是由晶界，固有孔隙度，雜質，表 面缺陷，和化學deterio-配給的存在而引起的。薄膜 介質通常在納米厚到亞微米具有非常高的擊穿強度， 並且它們需要一個支撐襯底。但是，它們可用於低 電壓和微電子AP-折疊術，這是我們當前的工作範圍 之外的主要是有用的。增加介電擊穿強度，並確保 可擴展和可靠的薄膜是挑戰和目標在現代電介質研 究在電容器和電絕緣的應用之一。 實驗與討論 • 需要高能量密度介質薄膜 • tating介電材料為能量存儲，能夠提供> 20焦耳/立方厘 米的高尺寸額定溫度能力的高能量密度（高達200℃）。 應用的實例是脈衝電源和功率調節應用電網。作為響應， 不同的方法和材料的方法進行了研究，以達到要求的 [5,6]。例如，鐵電體的BaTiO3粒子的均勻頻散的方法製 備的聚丙烯具有的原位聚合方法[3]。 雖然介電常數被過度聚丙烯幾乎增加了3倍，對玉米posite的擊穿強度被降解。介電常數和能量密度是通過 在介質的設計擊穿強度有關，如圖3.注意所選擇的材料 中的介電損耗角正切應足夠低（低於1％）在寬的頻率 範圍。在圖3（a）該關係表明，開發-彪更好的介電材 料的，將不勝感激為轉型的能量存儲設備。 • 納米填料分散在聚合物 • 其中在混合硬盤（INOR-加尼奇填料）和軟（聚合物） 材料的共同挑戰是分散機 - 錫安填料粒子。通常情況下， 這有很多工作要做，與填料表面能。例如，在SiO 2顆粒 常常發現附聚在聚合物基質。通過創造足夠的能量粒子 [10]的分離結塊混合輔助的具有高能量的剪切力產生更 好的結果。甲高能超聲處理過程中已被發現對IM-證明 粒子分佈[12-14中]的有效方法。有5％（體積）混合在 一PEI膜45納米的氧化鋁顆粒的TEM圖像。相當均勻分佈 和聚集度較小，獲得;觀察到顆粒尺寸分佈很寬。然而， 這種方法仍不足以分散更細的顆粒，例如11nm的Al2O3。 顯示了所需要的分離小的納米顆粒的力或能量的重要性。 的力與粒子 - 粒子相互作用，並且他們分散在介質中的 粘度。利用表面活性劑或caping劑幫助通過降低表面能 量需求，以改善分散性。 • 粒子的形式分散在合成的納米粒子是用化學的 顆粒沉澱法。 GE GRC發現更好的顆粒分散器， 排放可能會達到合成的內部時，納米粒子和溶 劑（即濕顆粒）保存。 5體積％的Sb2O3和 SiO2顆粒分別的圖像<20納米，並且分散在PEI 聚合物示於。該顆粒隨機分佈在微觀尺度。然 而，細結構的某些集聚仍然由於缺乏表面活性 劑的添加劑。 好多粒子分散體進行了論證，利用原位POLYMerization過程或自組裝聚合物基質在少數研究 實驗室。用於原位聚合過程中，納米顆粒被第 一混合與主機單體。 • 溶液隨後的聚合方法。SiO2納米顆粒DIS-張煥春主 體聚合物，沒有觀察到顆粒的聚集，其中在隨機。 良好的分散性和改性的BaTiO3粘附在聚酰胺基體也 顯示出它的用性。這個方法是有效的，以避免顆粒 聚集，然而，該處理需要良好的控制。這種方法還 沒有被廣泛採用在我們的實驗室納米介電複合加工。 另一種方法是原位自組裝在聚合物基質nanoparticles的。原位納米顆粒降水法納米複合材料一直是 人員開發了用於低溫介質的應用程序通過Tuncer等。 在該方法中，金屬鹽前體是溶解的並混合成溶解的 聚合物溶液。通過控制酸度和溫度，前體通過化學 反應來合成金屬氧化物納米顆粒。 結論 • 在GE GRC尼什卡納紐約進行聚合物納米介電複 合材料工作的簡要回顧了預sented。填料功能 化，分佈和DIS persionhave顯然已經成為在納 米介的研究興趣主要焦點。結果發現，納米填 料前體的狀態是非常重要的創造良好定義的納 米結構和需要或要求，電介質和電氣特性。成 功的納米顆粒分散在納米複合材料需要溶液化 學和納米粒子前體。成功的納米複合材料的網 站例子需要濕顆粒，乾淨的顆粒表面，合適的 混合方法，如原位及自組裝。 • 在正在進行的調查在我們Labsshow一個高 二電容率和/或擊穿強度在納米複合材料的 電介質可以實現，如果適當的納米填料和 加工方法被利用。用於原位聚合或沉澱法， 以及分散性顆粒和前體在溶液中期望;然而， 在討論的過程中，開發納米粒子和聚合物 薄膜的橫向擴展的和生產仍然需要顯著的 努力。對於所提出的自我AS-sembled納米複 合材料工藝，參數和條件仍在進行中。 參考資料 • http://www.oalib.com/paper/2986130#.Vnv6 TDtumnE