PDF《石墨烯/聚乙烯醇/聚偏氟乙烯基纳米复合薄膜的介电性能》

17 vol.%, 在102 Hz 时, 室温有 效介电常数在

400 左右, 是PVDF 的40 倍. Dang 等[8] 报道了一种碳纳米管/PVDF 复合材料, 通过 添加碳纳米管来提高聚合物介电性能, 复合材料 的渗流阈值在 8.0 vol.% 附近, 当频率在

103 Hz 时?国家重大科学仪器设备开发专项 (批准号: 2012YQ24026407) 资助的课题. ? 通信作者. E-mail: [email protected] ?

2016 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn 188101-1 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No.

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188101 介电常数大约为 600. 石墨烯具有良好的导热和 力学性能、比表面积大、电子传递能力强以及相 对较低的生产成本等优异的性能, 引起了广大研 究者的兴趣 [9?16] . Ansari 和Giannelis [17] 报道了 通过热还原氧化石墨烯作为填料填充在 PVDF 基 体中得到纳米复合材料, 报道中复合材料有一个 较低的渗流阈值, 大约

2 wt.%, 并且复合材料的 电导率和存储模量都得到提高. Wang 等[18] 报道 的聚乙烯醇 (polyvinyl alcohol, PVA) 共价修饰石 墨烯并作为填料填充在 PVDF 基体中, 得到三相 纳米复合材料, 相比于两相复合材料, 三相纳米复 合材料在

103 Hz 下有更高的介电常数和更低的 介电损耗. Chu 等[19] 使用了一种新型的三明治结 构(few-layer graphene nanosheets, FLGs)/PVDF 复合材料, 三明治结构的 FLGs/PVDF 复合材料 在103 Hz 时介电常数可以高达 4500, 介电损耗为 2.9. Cho 等[20] 报道了 PVDF/NH2― 处理纳米 点/还原石墨烯 (recuced graphene oxide, RGO) 纳 米复合材料, 相比原 PVDF(介电常数 ε′ ≈ 11.6 和 能量密度 Ue ≈ 1.8 J/cm3 ) 表现出较高的介电常数 (ε′ ≈ 60.6) 和更大的能量密度 (Ue ≈ 14.1 J/cm3 ). 本文通过改进的 Hummers 法制备氧化石墨烯, 通过PVA 对其进行非共价键修饰, 避免了共价键修 饰会使还原后碳原子上连接化学基团限制石墨烯 的导电性从而使其介电性能降低的问题 [21] , 并把 他们超声分散在二甲基亚砜 (dimethyl sulfoxide, DMSO) 溶液中, 然后将不同分数的 PVDF 分散在 混合液中采用先复合后热还原的方法 [22] 制备三相 纳米复合薄膜材料.

2 实验2.1 实验试剂 膨胀石墨;

分析纯的高锰酸钾 (KMnO4);

硝 酸钠 (Na2NO3) (天津市光复科技发展有限公司), 含量 ? 99.0%;

浓盐酸 (HCl), 质量分数 36%, 分 析纯 (北京北化精细化学品有限责任公司);

分析 纯的浓硫酸 (H2SO4) (北京化工厂);

30% 过氧化 氢(H2O2), 分析纯 (北京化工厂);

DMSO, 分析纯 (天津市富宇精细化工有限公司);

PVA, 分子量 44.05 n, 集合度 1750±50, (天津市天大化工实验 厂);

PVDF, 牌号 Solef 1011, 上海 Solvay有限公司 提供;

YC-05 银系单组分导电胶 (南京喜力特胶黏 剂有限公司). 2.2 实验过程 采用改进的Hummers 法制备氧化石墨烯(graphene oxide, GO), 将80 mL 浓H2SO4 慢慢加 入到冰水浴中的500 mL 锥形瓶中, 加入1.6 g Na2NO3 使其充分溶解后, 加入

2 g 膨胀石墨, 然 后缓慢加入

9 g KMnO4(一小时加完), 将上述溶 液在冰水浴中保持

12 h 后升温至

35 ? C, 保温

2 h, 继续升温到

60 ? C, 保温

18 h, 将300 mL 去离子水 加入到上述混合液中, 溶液呈红棕色, 向其中滴加 H2O2(