片状氧化镁的制备及其复合材料性能研究
论文制备与改性了片状MgO粉体，将其用作无机填料，通过实验和模拟研究，目的是提高PVDF基和PEI基两种复合材料的室温和高温储能密度，论文对性能提高的原因进行初步分析，主要研究内容如下。 采用水热合成法结合煅烧处理制备了片状MgO粉体，以复合材料击穿场强为目标，采用单因素试验法优化得到制备片状MgO粉体的较优水热时间和氨水浓度，分别为24h和20wt.％，所制备的MgO粉体呈片状，横向尺寸约400nm，且厚度约40nm。当粉体添加量为2.8wt.％时，制备的片状MgO/PVDF复合材料的室温储能密度达16.9J/cm3，超过PVDF基体的80％，表明片状形貌的MgO有助于材料储能密度的提高。 以PEI为基体，研究了片状MgO粉体加入对PEI基复合材料储能密度随温度变化的影响，结果表明，随着温度的升高，复合材料储能密度有所下降，当添加量为3.4wt.％MgO时，MgO/PEI复合材料在25℃和150℃下的储能密度较优，分别为5.54J/cm3和3.79J/cm3，因为MgO与PEI基体相容性较差，导致击穿场强随温度升高降低明显。为此，采用硅烷偶联剂KH550对片状MgO粉体进行表面改性处理，通过单因素试验法确定了改性剂的较佳含量为m(KH550)∶m(MgO)=3∶100，当添加量为3.0wt.％的改性片状m-MgO时，m-MgO/PEI复合材料在25℃和150℃下的储能密度可达6.10J/cm3和5.18J/cm3，分别比改性前提高了10％和8％，说明KH550是提高MgO/PEI复合材料的储能密度和温度稳定性的有效改性剂，其原因是KH550的-NH2和-OC2H5分别与MgO表面羟基与PEI分子形成氢键，增强了有机无机两相材料的相容性。 采用有限元模拟方法，借助COMSOLmultiphysics软件，对片状MgO/PVDF复合材料内部电场分布进行可视化模拟初探，研究了片状MgO添加量与尺寸以及其在PVDF基体中取向和分散程度对复合材料内部电场分布的影响规律。结果表明，随片状MgO粉体添加量增加，片状MgO/PVDF复合材料的击穿场强呈现先增加后减小的趋势，存在较优的粉体添加量;片状MgO粉体的横向尺寸越大，厚度越薄，复合材料的耐高压能力越强;当片状MgO填料平行于电场方向分布，复合材料的耐高压能力较弱;片状MgO填料在PVDF基体中分散越均匀，复合材料的耐高压能力越好。该模拟结论证实了片状MgO/PVDF复合材料实验研究结果。
片状氧化镁;复合材料;水热合成;片状MgO粉体;储能密度
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
刘晓林
2021
中文
TM242;TM205.1
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）