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長江師范大學(xué)Yefeng Feng課題組--基于量子限制策略的PVDF/石墨烯@MXene納米復(fù)合材料具有高介電和擊穿性能
       石墨烯納米片被廣泛用于制造用于能量存儲(chǔ)的高介電常數(shù)聚合物納米復(fù)合材料。但是,隨著石墨烯含量的增加,復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度大大降低,這限制了其在高場的應(yīng)用。為了提高聚偏二氟乙烯/石墨烯復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度而又不犧牲介電常數(shù),在這項(xiàng)工作中,我們提出了一種合理的策略,即構(gòu)造MXene量子點(diǎn)中間層,以制備具有所需電性能的三元復(fù)合材料,這是由于層間感應(yīng)量子限制和庫侖封鎖效應(yīng)。通過氫鍵誘導(dǎo)的自組裝途徑合成了氧化石墨烯摻雜氮的Ti3C2 MXene量子點(diǎn)雜化納米粒子。通過溶液流延法制備了二元聚合物/石墨烯和三元聚合物/雜化粒子納米復(fù)合薄膜。與二元復(fù)合材料相比,三元對(duì)應(yīng)物具有協(xié)同改善的介電常數(shù)和擊穿強(qiáng)度。在每個(gè)量子點(diǎn)內(nèi)部,電子的反復(fù)無序反彈以及電子與空穴之間的強(qiáng)耦合可能是三元復(fù)合材料優(yōu)越的電性能的原因。在含有0.12 wt%納米粒子的三元復(fù)合材料中,實(shí)現(xiàn)了高介電常數(shù)(約53@1 kHz)和擊穿強(qiáng)度(約205 MV m-1)。這項(xiàng)工作可能為大規(guī)模制造用于能量存儲(chǔ)的高性能納米復(fù)合電介質(zhì)鋪平道路。
 
 
Figure 1. 制備雜化納米顆粒和復(fù)合膜的示意性步驟。
 
 
Figure 2. (a)GO和QD的XRD;(b)GO、QD和雜化粒子的拉曼光譜;(c)GO的XPS全譜和(d)GO的XPS C1s光譜。
 
 
Figure 3. (a)GO的SEM,(b)GO的TEM,(c)QDs的TEM和(d)雜化顆粒的TEM。
 
 
Figure 4. 在1 kHz時(shí),(a)二元復(fù)合材料的介電常數(shù),(b)三元復(fù)合材料的介電常數(shù),(c)二元復(fù)合材料的介電損耗和(d)三元復(fù)合材料的介電損耗。
 
 
Figure 5. (a)二元和(b)三元復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度。
 
        相關(guān)研究成果于2020年由長江師范大學(xué)Yefeng Feng課題組,發(fā)表在Ceramics International(doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.04.114)上。原文:High dielectric and breakdown performances achieved in PVDF/graphene@MXene nanocomposites based on quantum confinement strategy。

轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào):

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