BNNS-BT@PANI复合填料的制备及PVDF基复合材料介电与导热性能研究

BNNS-BT@PANI复合填料的制备及PVDF基复合材料介电与导热性能研究BNNS/BT@PANI复合填料的制备及PVDF基复合材料介电与导热性能研究

摘要：本研究通过混合溶剂还原法制备了氮掺杂石墨烯(BNNS)/硼硫氮烯平台(BT@PANI)复合填料，并将其应用于聚偏二氟乙烯(PVDF)基复合材料中，研究复合材料的介电性能和导热性能。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对复合填料的形貌和结构进行了表征。结果表明，制备的BNNS/BT@PANI复合填料具有较高的比表面积和较好的分散性。将复合填料掺入PVDF基复合材料中后，复合材料的介电性能得到了显著改善，介电常数和介电损耗因子明显降低。同时，由于复合填料的良好导电性能，复合材料的导热性能得到了显著提高，导热系数明显提高。

关键词：BNNS/BT@PANI复合填料；PVDF；介电性能；导热性能

1.引言

聚偏二氟乙烯(PVDF)作为一种重要的高分子材料，具有优异的介电性能和耐热性能，在电子器件、能源存储领域等广泛应用。然而，PVDF本身的导电性能和导热性能相对较差，限制了其在某些应用中的使用效果。因此，研究如何改善PVDF材料的导电性能和导热性能，具有重要的实际意义。

目前，石墨烯以其独特的二维结构和优异的电子输运性能，受到了广泛的关注。而氮掺杂石墨烯(BNNS)具有较高的电子亲和性和导电性能，可以作为一种优质的导电填料用于复合材料的制备。此外，硼硫氮烯平台(BT@PANI)具有较好的耐温性能和导电性能，也被广泛应用于复合材料的制备。因此，将BNNS和BT@PANI复合填料应用于PVDF基复合材料中，可以提高复合材料的导电性能和导热性能。

2.实验方法

2.1BNNS/BT@PANI复合填料的制备

首先，将BNNS和BT@PANI混合物分别通过超声分散器进行分散处理。然后，将其中一个分散液缓慢滴加到另一个分散液中。随后，通过超声处理和磁力搅拌使得两种分散液充分混合，最终得到BNNS/BT@PANI复合填料。

2.2PVDF基复合材料的制备

将制备好的BNNS/BT@PANI复合填料按照一定比例加入到PVDF溶液中，并通过超声处理使其充分分散。随后，将分散液浇注在硅胶模具中，并将其放置在真空箱中，使其在恒定温度下脱气。最后，通过热压的方式将复合材料固化至PVDF基材料中，制备得到PVDF基复合材料。

2.3复合材料的表征与测试

使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对制备的BNNS/BT@PANI复合填料的形貌和结构进行表征。使用X射线衍射仪(XRD)对其晶体结构进行分析。通过介电性能测试仪和热导率测试仪对PVDF基复合材料的介电性能和导热性能进行测定。

3.结果与讨论

通过SEM和TEM分析，可以观察到制备的BNNS/BT@PANI复合填料具有较好的分散性和较高的比表面积。XRD结果显示，复合填料具有明显的衍射峰，表明其具有一定的晶体结构。

将复合填料掺入PVDF基复合材料中后，复合材料的介电性能得到了显著改善。随着复合填料含量的增加，复合材料的介电常数明显降低，介电损耗因子也明显下降。这是因为BNNS和BT@PANI的导电性能能够有效提高复合材料的导电性能，使其在外电场下呈现较低的介电响应。

同时，由于复合填料的导电性能，复合材料的导热性能也得到了显著提高。随着复合填料含量的增加，复合材料的导热系数明显提高，表明导电填料在复合材料中发挥了良好的导热作用。

4.结论

通过混合溶剂还原法成功制备了BNNS/BT@PANI复合填料，并将其成功应用于PVDF基复合材料中。实验结果表明，复合填料的引入可以显著改善复合材料的介电性能和导热性能。其中，复合填料的导电性能是提高复合材料导电性能的主要因素，而导热性能的提高则主要得益于复合填料的良好导热性能。

通过本研究的工作，不仅为改善PVDF材料的电子性能和热传导性能提供了一种新的方法，也为复合材料在电子器件和能源领域的应用提供了理论和实验基础。未来的研究可以进一步探究复合材料的性能优化方法和应用领域的拓展综上所述，通过将复合填料掺入PVDF基复合材料中，可以显著改善复合材料的介电性能和导热性能。复合填料的导电性能是提高复合材料导电性能的主要因素，而导热性能的提高则主要得益于复合填料的良好导热