高介电低损耗的纳米复合材料的研究开题报告

 2022-02-15 21:23:36

1. 研究目的与意义

1背景:电介质静电电容器是重要的基础电子元件,同时也是广泛用于电子电力系统、能源系统等领域的储能器件。在无源电子元件方面,电容器的使用量占到了40%以上。随着近年来电子设备发展的日新月异,特别是嵌入式电容器的兴起,需要广泛使用的电容器元件向高储能、小型化以及有利于环保的方向发展。跟电化学储能器件(如:电池、超级电容器)相比,介电电容器具有更高的功能密度,可在高电压下工作、并具有全固态结构的优点。但是其低的体积能量密度限制了其广泛的应用。如当前使用最广泛的双向拉伸聚丙烯薄膜介质(bopp),具有高击穿场强(600 mv/m)及低介电损耗(0.02),然而较低的介电常数(2~3)使得其储能密度仅为约2~3 j/cm3,远不能满足日益增长的电力储能及军事装备需求,因此,研究新一代高储能电介质材料已迫在眉睫。

对储能电容器而言, 其主要电参数是储能密度, 对电容量为c的电容器, 在工作电压为u时,其电容器所储能量为:(公式一)附录,式中 (公式二),(b)为真空介电常数,a为相对介电常数,s为电容器极板的面积,d为电介质的厚度;u=ed。于是,(公式三),则储能密度 (公式四)

由此可见,可通过以下三种方法来提高储能密度w:一,提高介质的相对介电系数a;二,在工作电压恒定时, 减小介质厚度d;三,提高介质的工作电场强度e,即提高介质的击穿强度,完善其绝缘机构。

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2. 研究内容和预期目标

主要研究内容:

介电复合材料具有高储能密度, 其充放电速度快、抗循环老化、性能稳定等优点,可作为电子设备的小型化电源。这需要密度小、高介电常数、损耗低的电介质材料作为电荷储存的载体。本课题是建立在复合电介质的基础理论知识上,建立模型计算,研究高聚物复合物基的纳米复合介电材料的基体、添加量引起的介电常数与与击穿强度的关系与规律,从而在此基础上进一步提高这类新材料的高储能密度。

预期目标:

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3. 研究的方法与步骤

3.拟采用的研究方法、步骤

( 1). 大量阅读文献的基础上,了解聚合物基的复合材料的结构与性能;

(2). 用matlab建立模型,讨论掺入量、掺入量的形貌影响;

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4. 参考文献

[1] dang z. m., yuan j. k., yao s. h. flexible nanodielectric materials with high permittivity for power enengy storage. cheminform, 2014, 45(3): 6334-6365.

[2] chen q., shen y., zhang s. h. polymer-based dielectrics with high energy storage density. annual review of materials research, 2015, 45(1): 433-458.

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5. 计划与进度安排

工作进度安排:

(1)2022年2月25日-3月3日:完成毕业论文任务书;

(2)2022年2月25日-3月10日:学生提交开题报告,指导教师审核开题报告等材料;

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