柔性介電儲能薄膜領域*新進展
柔性介電儲能薄膜領域*新進展
需要增透減反技術可以聯系我們上海工廠18917106313
上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。
研究背景
聚合物基柔性介電薄膜由于高介電強度、延展性好等特性廣泛應用于電輸運以及電動器械等**和民用科技領域。但是由于聚合物介電常數較低（通常K<10），往往儲能密度較低，而添加高介電常數填料伴隨而來的是復合材料機械性能和擊穿強度的迅速下降。盡管通過材料的表面改性或構建多級界面結構，可以調控界面相容性和降低介電不匹配效應，從而實現介電常數與擊穿強度的同時優化，但是，目前這種廣泛依賴的高含量高介電填料的方法對于聚合物介電薄膜的大規模加工生產來說依然是挑戰。課題組在前期研究基礎上，提出了基于界面結構與性能調控的小尺寸低含量納米填料誘導聚合物介電性能大幅提升的方法，該研究受到廣泛關注。基于該方法，在取得介電常數有效提升的同時，保持了聚合物本身的低損耗、高擊穿強度以及優異的柔韌性和易加工性，表現出廣闊的應用前景。同時，對于聚合物納米復合材料的界面問題以及介電理論模型的研究具有重要的基礎研究價值。
成果介紹
武漢理工大學董麗杰教授團隊與美國賓夕法尼亞州立大學的王慶教授合作，發現通過向鐵電聚合物中添加微量（<1vol%）低介電超小尺寸的羥基化量子點納米材料，介電常數可大幅增加（100%），而介電損耗保持與純聚合物相近水平，*終在620 MV/m的電場強度下獲得了27.4 J/cm3的超高儲能密度。在如此低的填料含量下，基于體積平均的經典“聚合物-填料”雙相介電理論模型無法解釋該介電增強現象。實驗與理論模擬的結果顯示界面處發生局部結構變化，引起極性構象轉變和額外的界面偶極作用。基于此，依托廣為接受的聚合物納米復合材料的多核理論模型和雙電層模型，該工作提出了一種包含界面增強介電常數φ的新型“聚合物-填料-界面”三相模型。應用該模型得到的復合材料的介電常數與實驗結果良好吻合，并可擬合其他文獻報道的在類似的低填充率下的結果。該工作以“Significant Improvements in Dielectric Constant and Energy Density of Ferroelectric Polymer Nanocomposites Enabled by Ultralow Contents of Nanofillers”為題發表在國際重要學術期刊Advanced Materials上。
盡管上述利用小尺寸低填充量填料誘導介電增強現象表現出廣闊的應用前景，目前為止，該現象僅在少數鐵電聚合物、偶極線性介電聚合物中被發現，還有待更多廣泛的實驗體系的發掘，以系統地揭示該現象背后的機理，從而更好地指導新型高儲能密度、高放電效率聚合物介電材料的開發與大規模生產。近日，團隊成功地將該方法拓展到線性介電聚合物聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中，實現了介電常數和擊穿強度的同時顯著提升（K從3.5 到5.9， Eb 從 500.1 MV/m 到 801.2 MV/m），獲得了17.6 J cm-3的放電能量密度(是純PMMA 的4400%), 同時保持著高充放電效率（~90%)，進一步證明了該方法的有效性和誘人的應用前景。日前，該工作以“Significantly enhancing the dielectric constant and breakdown strength of linear dielectric polymers by utilizing ultralow loadings of nanofillers”為題發表在國際知名學術期刊Journal of Material Chemistry A上。
圖文導讀
圖1 (a) PMMA 和PMMA/QD納米復合材料的頻變介電常數譜。(b) 隨填料含量變化的介電常數增強比與文獻報道結果的比較。
PMMA是一種常見的極性線性介電聚合物，相比于鐵電聚合物由于鐵電滯后導致的高能量損耗(<70%)，PMMA的充放電效率很高（>80%）；而相對于雙向拉伸聚丙烯（BOPP）以及其他線性介電聚合物（如PEI、 PI等）較低的介電常數來說，PMMA具有較高的介電常數（3.5~4）。同時，PMMA的高機械強度以及優異的絕緣性賦予其優異的耐擊穿能力。通過將微量的0.8 vol%的經過表面修飾的量子點加入到PMMA基體中，復合膜表現出69%的介電增強效應，顯著高于其他同水平填充量納米復合體系（如圖1所示），同時介電損耗依然保持在與純PMMA同等水平。該結果與經典的聚合物-填料雙相介電模型給出的擬合結果相差較大，而與上述新發展的聚合物-填料-界面三模型吻合較好（誤差±10%以內），表明該介電增強效應與界面產生的額外的極化貢獻相關。XRD和DSC結果顯示，添加QDs后聚合物的非晶結構并沒有改變，而玻璃化轉變溫度有所降低，表明QDs的存在使得局部聚合物鏈段運動能力增強，對該PMMA/QDs界面結構進行了理論模擬，發現界面處存在額外的0.68 D的偶極矩，并且具有10.5 eV的靜電勢差，證明該處由于結構局部變化產生了額外的界面極化從而提升了介電常數。
2 PMMA/QD納米復合材料的介電常數與QD含量的關系，擬合 (a)經典的雙組分介電模型和(b)新開發的三組分間相介電模型。(c)利用DFT獲得PMMA/QD納米復合材料的弛豫界面結構。幾何圖形沿三個正交視圖顯示:垂直和平行于鏈方向，從頂部。偶極矩為0.66 D，紅色箭頭表示其方向。(d) PMMA/QD納米復合材料界面上的靜電勢分布
關于我們
上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。
采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴格工藝標準的閉環式流程技術制備體系，能夠制備各種超高性能光學薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應用領域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫用激光器、光學科研，紅外制導、面部識別、VR/AR應用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業燈具照明，廣告機，點餐機，電子白板，安防監控等。卷柔新技術擁有自主知識產權的全自動生產線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產線能夠生產全球先進的減反射玻璃。鍍膜版面可達到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對PC,PMMA方面的增透膜也具有量產生產能力。ARcoating減反膜基本接近無色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個難度和具有很好的應用性，新意突出，實用性突出，濕法鍍膜在價格方面也均優于真空磁控的干法。
卷柔減反射(AR)玻璃的特點:高透,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(耐候性強于玻璃),玻璃長期使用存放不發霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產品廣泛應用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機玻璃、節能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護玻璃等多行業。
我們的愿景：卷柔讓光學更具價值！
我們的使命：有光的地方就有卷柔新技術！
我們的目標：以高質量的產品，優惠的價格,貼心的服務，為客戶提供優良的解決方案。
上海卷柔科技以現代鍍膜技術為核心驅動力，通過鍍膜設備、鍍膜加工、光學鍍膜產品服務于客戶，努力為客戶創造新的利潤空間和競爭優勢，為中國的民族制造業的發展貢獻力量。
