生物启发的介电纳米复合材料具有高电荷放电效率,通过超扩散诱导的纳米片的对齐来实现
Jisong Zhang1, Dajun Hou1, Jian Wang1
1State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, School of Materials Science and Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China.
ACS applied materials & interfaces
|March 12, 2024
概括
我们使用对齐的化纳米板 (BNNS) 开发了以NACRE为灵感的介电纳米复合材料,以提高充放电效率 (η). 这一突破提高了电容器的性能,并减少了高功率脉冲设备的热量产生.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术 纳米技术
- 电气工程 电气工程
背景情况:
- 介电纳米复合材料对于高功率脉冲电容器至关重要.
- 由于电荷-放电效率 (η) 较低,现有的材料面临限制,导致热问题和设备故障.
研究的目的:
- 开发纳克尔启发的介电纳米复合材料,显著提高充放电效率 (η).
- 通过提高储能能力和热管理来解决当前纳米复合材料的局限性.
主要方法:
- 制造基于聚乙烯化物 (PVDF) 的纳米复合材料,其中包含化纳米片 (BNNS).
- 利用超扩散剪流来实现高度对齐的二维 (2D) 纳米填充物.
- 研究了纳米填充剂对准对介电性质和电荷载体行为的影响.
主要成果:
- 与溶液造样品相比,PVDF纳米复合材料中的高度对齐的BNNS显示了库伦阻塞效应,改善了η144.8%并减少了63.3%的介电损失 (tan δ).
- 在3.6重%的优化BNNS含量产生了纳米复合材料,降低了tan δ (0.018),增强了分解强度 (Eb) (687 kV/mm), η (71%) 和能量密度 (Ue) (16.74 J/cm3).
结论:
- 超扩散切割流是一种有效的方法,可以在介电纳米复合材料中实现2D纳米填充剂的高对齐.
- 以NACRE为灵感,高度对齐的BNNS纳米复合材料为开发下一代高性能介电电容器提供了一个有希望的途径.
