PVDF基氟聚合物的合成及其介电_储能性能研究

张志成

西安交通大学理学院应用化学系,西安市咸宁西路28号，710049。

Email: zhichengzhang@mail.xjtu.edu.cn

随着对高容量电容器需求的快速增长，具有高介电常数的含氟聚合物在电介质中的应用受到广泛关注。其中偏氟乙烯（VDF）、三氟乙烯（TrFE）和第三单体（三氟氯乙烯（CTFE）、二氟氯乙烯（CDFE））共聚得到的三聚物被发现具有很高的储能密度（>14J/cm3），在该体系中VDF提供了绝大部分储能用的偶极矩，一定量TrFE用于控制聚合物链的构象以及聚合物晶区的晶相，而第三单体则主要起到聚合物结晶度和晶粒大小的功能。三者的合理搭配使得该三聚物容易获得稳定的γ晶型，合适的结晶度以及晶粒尺寸，其电滞回线中剩余极化很小，存储的能量70%以上可以得到释放。PVDF本身可以通过热处理、极化处理、机械拉伸等实现多种晶型的转化，而研究最多的是高极性的β-相，其它晶型研究较少。本工作对三种不同晶型（α、β和γ）PVDF的介电、电滞回线以及储能性能进行比较研究，三种晶型的PVDF分别采用红外、DSC和XRD进行表征，研究发现在低电场下，结晶度越小、晶体极性越大的PVDF介电常数越高，而介电损耗则主要与晶体极性有关；在高电场下，晶体极性越大，其剩余极化和最大极化值越高，α-PVDF在300MV/m电场发生电场导致的向γ相转变，而β-PVDF在该电场下则达到极化饱和，只有γ-PVDF可以在更高电场（达到500MV/m）下存在；如果不考虑相变导致的能量损耗，三种PVDF在小于300MV/m电场下储能密度和能量损耗相差不大，γ-PVDF由于适用电场高，其储能密度最高，可以达到14J/cm3。

关键词： PVDF；储能密度；介电；结晶

Dielectric and Energy Storage Properties of PVDF Based Fluoropolymers

Zhicheng Zhang

Department of Applied Chemistry, Xi’an Jiaotong University. Xi’an 710049.

As the rapid increasing requirement of capacitors with high energy density, PVDF based fluoropolymers have attracted considerable attention for their excellent dielectric properties as well as the expected application as dielectrics. The synthesis and characterization of a series of PVDF based fluoropolymer with excellent dielectric and energy story properties will be reviewed in this work. The recent development as well as the challenge of these materials for dielectric application purpose will be proposed as well.