Tous les films diélectriques polymères pour obtenir des condensateurs à film à haute densité d'énergie en mélangeant du poly(fluorure de vinylidène-trifluoroéthylène-chlorofluoroéthylène) avec de la polythiourée aromatique

Introduction

Des condensateurs à film diélectrique avec une densité d'énergie élevée, une faible perte diélectrique et un rendement élevé sont nécessaires pour des systèmes d'alimentation compacts et fiables [1,2,3,4,5,6,7]. Parmi les technologies de stockage d'énergie électrique disponibles, les condensateurs à film diélectrique ont la densité de puissance la plus élevée en raison de leur capacité de charge et de décharge ultra-rapide [8, 9]. Les matériaux diélectriques de stockage d'énergie jouent un rôle vital dans les condensateurs à film diélectrique, les performances des films diélectriques déterminent la plupart des performances des condensateurs et la construction d'une densité d'énergie élevée, et les films diélectriques à faible perte diélectrique attirent le plus l'attention dans les recherches connexes. Cependant, les matériaux diélectriques actuels existent dans les dilemmes avec à la fois une densité d'énergie et une efficacité élevées. Généralement, les polymères ont une intensité de champ de claquage élevée mais une faible constante diélectrique [10, 11]. La densité énergétique du polypropylène biaxialement orienté (BOPP), qui est aujourd'hui un polymère diélectrique linéaire largement utilisé, n'est que de 1,2 J/cm ³ , ce qui est loin des besoins d'application pratique. Il est bien connu que les matériaux céramiques ont une constante diélectrique élevée, mais l'intensité du champ de claquage est très faible et le processus de préparation est compliqué. Il est déjà courant de remplir des nanomatériaux inorganiques à constante diélectrique élevée dans des polymères organiques pour des diélectriques à haute densité énergétique. Cependant, dans de nombreux cas, la recombinaison des deux matériaux entraîne une agrégation et une adhérence interfaciale en raison de la différence de compatibilité entre les deux ingrédients, entraînant une perte diélectrique élevée. À cette fin, de nouveaux matériaux diélectriques doivent être recherchés et conçus pour augmenter encore la densité énergétique des films et des dispositifs associés.

Par rapport aux matériaux inorganiques, les polymères sont des matériaux attrayants qui peuvent être utilisés comme diélectriques [12,13,14] en raison de leur technologie de traitement simple et de leur densité lumineuse, ce qui donne des films légers et flexibles. En tant que diélectriques polymères, le poly(fluorure de vinylidène) (PVDF) et ses copolymères ont été largement étudiés pour les applications de condensateurs en raison de leur champ de claquage élevé et de leur constante diélectrique [15,16,17,18,19]. Le moment dipolaire élevé de la liaison C-F produit un polymère à base de PVDF avec une constante diélectrique plus élevée. Malheureusement, la polarisation rémanente élevée et la grande perte par hystérésis du PVDF et de ses copolymères limitent leur application sur les matériaux diélectriques dans les condensateurs. Une façon de résoudre ce problème consiste à concevoir un polymère ferroélectrique relaxé avec une hystérésis réduite en incorporant des défauts structurels dans la matrice PVDF. Par exemple, du chlorofluoroéthylène (CFE) est introduit dans du poly(fluorure de vinylidène-trifluoroéthylène) (PVDF-TrFE) pour former du poly(fluorure de vinylidène-trifluoroéthylène-chlorofluoroéthylène) (PVDF-TrFE-CFE), et une boucle d'hystérésis étroite et une constante diélectrique élevée sont observés [20, 21]. Cependant, les terpolymères PVDF présentent des pertes diélectriques élevées sous un champ électrique élevé [22].

Ces dernières années, des polymères diélectriques linéaires avec des groupes polaires ont été utilisés comme diélectriques polymères haute performance en raison de l'intensité du champ de claquage et de l'efficacité de décharge élevées. Plus important encore, des polymères diélectriques linéaires abondants avec différents groupes polaires peuvent être conçus selon le premier principe de calcul pour différentes applications [23]. Parmi ces polymères, la polythiourée aromatique (ArPTU) a été signalée comme un nouveau polymère diélectrique linéaire avec une intensité de champ de claquage élevée (1,0 GV/m) et une efficacité de charge et de décharge élevée (90 % à 1,1 GV/m) [24, 25]. Les films polymères aromatiques présentent toujours une réponse diélectrique linéaire sous des champs électriques élevés. Contrairement à d'autres polymères non polaires, le dipôle aléatoire et la structure en phase vitreuse amorphe des groupes polaires dans ArPTU peuvent agir comme un piège, augmentant considérablement la diffusion des porteurs, réduisant ainsi considérablement la perte de conduction à champ électrique élevé. Cependant, l'ArPTU est fragile en raison des groupes aromatiques rigides, ce qui le rend inadapté à la préparation de films de grande surface pour les applications de condensateurs à film diélectrique, en particulier les dispositifs basés sur le traitement rouleau à rouleau. En ce qui concerne la méthode de préparation du film, de nouvelles méthodes telles que l'impression 3D apparaissent pour une éventuelle préparation de couche diélectrique [26, 27]. Cependant, il doit encore être amélioré avant de pouvoir être appliqué au processus de fabrication de films, en particulier pour les diélectriques composites de grande surface.

Dans cet article, afin de résoudre ces problèmes, un matériau diélectrique tout organique PVDF-TrFE-CFE/ArPTU a été étudié pour atteindre à la fois une densité énergétique et une efficacité élevées. Avant le processus de composition, l'influence du poids moléculaire sur les performances de l'ArPTU a été étudiée en détail pour répondre au bon effet synergique entre deux polymères, et cela fournirait des instructions plus précieuses pour construire des diélectriques hautes performances et entièrement organiques basés sur un diélectrique linéaire. matériaux. Ensuite, en mélangeant une petite quantité d'ArPTU dans la matrice PVDF-TrFE-CFE, une méthode de coulée en solution simple a été utilisée pour préparer des films composites de grande surface et des films diélectriques composites à haute densité énergétique et efficacité ont été obtenus. En particulier, ce polymère composite est facile à traiter, plus léger et moins coûteux [28,29,30], ce qui promet un avenir prometteur en tant qu'applications de condensateur diélectrique haute performance et de stockage d'énergie.

Matériaux et méthodes

Matériaux

Le PVDF-TrFE-CFE 63,2/29,7/7,1 (% en moles) a été acheté auprès de Piezotech (France). La 4,4'-diphénylméthanediamine (MDA) a été achetée auprès d'Aladdin (Shanghai, Chine) et de p -le diisothiocyanate de phénylène (PDTC) a été acheté chez Acros (Belgique). N -La méthylpyrrolidone (NMP) a été fournie par Chengdu Kelong Chemical Company.

Synthèse de polythiourée et préparation de films

L'ArPTU a été synthétisé par la réaction de polycondensation. 1,922 g (0,01 mol) de PDTC et 1,982 g (0,01 mol) de MDA ont été ajoutés dans un ballon tricol à fond rond préalablement chargé de 40 ml de solvant NMP sous N₂ atmosphère. Après avoir réagi à température ambiante pendant 6 h, il a été lavé avec du méthanol 3 à 5 fois, puis séché dans une étuve sous vide à 60 °C pendant 12 h pour obtenir la polythiourée. En contrôlant le rapport des deux monomères de la polythiourée synthétique, trois polythiourées de poids moléculaires différents de A, B et C sont obtenues.

Les films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU avec différentes proportions ont été préparés par une méthode de coulée en solution. Tout d'abord, la masse pré-calculée d'ArPTU et de PVDF-TrFE-CFE a été dissoute séparément dans du solvant NMP pour former la solution correspondante et agitée à température ambiante pendant 4 h. Ensuite, des solutions de différents rapports de masse ont été mélangées séparément de la solution préparée à l'étape précédente, et N₂ a été chargé pour éviter les bulles générées pendant le mélange, et agité à température ambiante pendant 6 h. Le film d'épaisseur uniforme a été formé par la méthode de coulée en solution sur la plaque de verre de quartz propre, et les films composites ont été obtenus par séchage sous vide à 60 °C pendant 12 h.

Test de performance électrique

Les boucles d'hystérésis de champ électrique de polarisation unipolaire des films polymères diélectriques ont été acquises en utilisant Precision Multiferroic (Radiant) équipé d'un amplificateur de 4000 V à température ambiante et une fréquence de 10 Hz. L'efficacité du cycle de charge-décharge en fonction du champ appliqué a été donnée par le rapport entre l'énergie déchargée et l'énergie électrique stockée. La constante diélectrique et la perte des films polymères diélectriques ont été mesurées dans une plage de 100 Hz à 1 MHz à température ambiante avec un analyseur d'impédance (Agilent 4294A). L'intensité du champ de claquage des films polymères diélectriques a été mesurée par un testeur de résistance d'isolement de tension de tenue CA et CC (TH9201) à température ambiante. La résistance à la rupture des films composites a été déterminée par les statistiques de distribution de Weibull.

Caractérisation des matériaux

Un microscope électronique à balayage (SEM, Hitachi S-4800) a été utilisé pour observer la morphologie de surface des films polymères diélectriques. Les courbes de spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) des films polymères diélectriques ont été observées par spectromètre FTIR (8400S, Shimadzu) dans la plage de 400 à 4000 cm ⁻¹ . Les diagrammes de diffraction des rayons X (XRD) des films polymères diélectriques ont été enregistrés par un diffractomètre à poudre à rayons X (X'Pert Pro, Panalytical) en utilisant le rayonnement Cu Kα.

Résultats et discussions

Propriétés diélectriques de différents films ArPTU de poids moléculaire

Le poids moléculaire montre une influence distincte sur les performances physiques de l'ArPTU, en particulier les performances diélectriques et l'aptitude au traitement. En contrôlant les conditions de réaction de polycondensation, en particulier le rapport des deux monomères, des ArPTU de poids moléculaire différent ont été synthétisés, comme indiqué dans le tableau 1 (A, B et C sont des polythiourées synthétisées par le rapport molaire PDTC/MDA (1/1) , PDTC/MDA (0,95/1) et PDTC/MDA (1,05/1)). En ajustant le rapport molaire des deux monomères MDA et PDTC, le poids moléculaire moyen en poids et le poids moléculaire moyen en nombre de trois ArPTU ont diminué successivement dans l'ordre de A> B> C. La figure 1 montre la constante diélectrique et la perte diélectrique de différentes molécules moléculaires. poids des films ArPTU en fonction de la fréquence. On peut voir que la constante diélectrique de films ArPTU de poids moléculaires différents diminue avec l'augmentation de la fréquence. C'est parce que la molécule ArPTU a un groupe polaire-groupe thiourée, et les dipôles tournant la polarisation dans les molécules contribuent beaucoup à la constante diélectrique. Avec l'augmentation de la fréquence de test, la contribution de la polarisation d'orientation du dipôle diminue [31]. Surtout à haute fréquence, la vitesse de la direction du dipôle ne peut pas suivre le changement du champ électrique, ce qui entraîne une diminution de la constante diélectrique avec l'augmentation de la fréquence de test.

La constante diélectrique et la perte diélectrique de différents films ArPTU de poids moléculaire (A, B et C sont des polythiourées synthétisées par le rapport molaire PDTC/MDA (1/1), PDTC/MDA (0,95/1) et PDTC/MDA (1,05 /1))

À la fréquence d'essai de 1000 Hz, la constante diélectrique de films ArPTU de poids moléculaires différents diminue de l'ordre de A (4,55)> B (4,15)> C (4,10), ce qui est cohérent avec l'ordre de poids moléculaire des trois ArPTU. . La raison de ce phénomène peut résulter de l'orientation coordonnée du dipôle de la couche limite de grain ArPTU dans les polymères de grande masse moléculaire [32, 33]. Dans cette structure moléculaire, le segment moléculaire de la couche limite de grain ArPTU maintient non seulement les caractéristiques d'alignement des molécules de la région cristalline, mais n'est pas non plus limité par le réseau en treillis. Par conséquent, dans les films ArPTU, plus la fraction volumique de la couche limite de grains est élevée, plus la constante diélectrique est élevée. Le film ArPTU de poids moléculaire élevé contenant plus de molécules à longue chaîne et la couche limite de grain occuperont également plus de volume, ce qui entraîne une constante diélectrique plus élevée.

Comme le montre la (Fig. 1), la perte diélectrique de films ArPTU de poids moléculaires différents diminue d'abord, puis augmente avec l'augmentation de la fréquence de test. Dans le domaine de 100 à 10 000  Hz, la conductance ionique continue diminue avec l'augmentation de la fréquence de test, ce qui entraîne une diminution de la perte diélectrique. Lorsque la fréquence de test est supérieure à 10 000  Hz, la relaxation du dipôle provoque une augmentation de la perte diélectrique avec l'augmentation de la fréquence de test [34]. De toute évidence, les courbes de perte diélectrique des trois échantillons ne sont pas très différentes, mais il n'y a qu'une petite différence dans la région des hautes fréquences. En d'autres termes, le poids moléculaire de l'ArPTU a peu d'effet sur la perte diélectrique des films ArPTU.

L'efficacité de charge-décharge de différents films ArPTU de poids moléculaire peut être calculée en mesurant les boucles d'hystérésis de champ électrique de polarisation unipolaire, comme le montre la (Fig. 2). L'efficacité de charge-décharge diminue avec l'augmentation du champ électrique appliqué. Par rapport au film ArPTU de poids moléculaire élevé, l'efficacité de charge-décharge du film ArPTU de faible poids moléculaire diminue plus lentement. Sous le champ électrique de 2000 KV/cm, l'efficacité de charge-décharge de différents films ArPTU de poids moléculaire a augmenté de l'ordre de A (83,35 %)

L'efficacité de charge-décharge de différents films ArPTU de poids moléculaire (A, B et C sont des polythiourées synthétisées par le rapport molaire PDTC/MDA (1/1), PDTC/MDA (0,95/1) et PDTC/MDA (1,05/ 1))

La figure 3 est les courbes XRD de différents films ArPTU de poids moléculaire. Les films ArPTU avec différents poids moléculaires ont des pics de diffraction des rayons X relativement larges à 2θ ≅ 22°, et l'intensité des pics diminue avec l'augmentation du poids moléculaire. En effet, ArPTU a une structure amorphe et le film d'ArPTU de poids moléculaire plus élevé contient plus de molécules à longue chaîne, ce qui entraîne une plus grande région amorphe. En conséquence, la cristallinité dans les films polymères a diminué, ce qui entraîne l'affaiblissement du pic de diffraction [35, 36].

Les courbes XRD de différents films ArPTU de poids moléculaire (A, B et C sont des polythiourées synthétisées par le rapport molaire PDTC/MDA (1/1), PDTC/MDA (0,95/1) et PDTC/MDA (1,05/1) )

Caractérisation des films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU

La figure 4 montre la morphologie de surface d'ArPTU, PVDF-TrFE-CFE et PVDF-TrFE-CFE/ArPTU (90/10) caractérisée par microscopie électronique à balayage (MEB). On peut observer que la surface du film PVDF-TrFE-CFE représente une structure dendritique, indiquant sa haute cristallinité, qui est constituée des résultats de la DRX. Le film ArPTU présente une surface de film très lisse et quelques petites particules apparaissent à la surface du film composite PVDF-TrFE-CFE/ArPTU (90/10). De toute évidence, les domaines de PVDF-TrFE-CFE ont été réduits en mélangeant ArPTU, qui comprend également les données XRD.

Image SEM de différents films. un ArPTU. b PVDF-TrFE-CFE/ArPTU (90/10). c PVDF-TrFE-CFE. d PVDF-TrFE-CFE/ArPTU (95/5)

Les courbes FTIR des films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU avec différents rapports de masse ArPTU sont présentées dans (Fig. 5a). Les courbes FTIR montrent que les films composites avec des rapports différents ont des pics d'absorption évidents à 1230 cm ⁻¹ , issu du groupement -HN-CS-NH- dans la polythiourée, ce qui prouve l'existence d'ArPTU dans les films composites. Les courbes XRD des films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU avec différents rapports de composition sont présentées dans (Fig. 5b). On peut voir que le film PVDF-TrFE-CFE et les films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU ont des pics caractéristiques évidents à 2θ ≅ 19,72°, et ce pic est un pic de diffraction caractéristique de la phase (110) et ( 200) plans cristallins. L'intensité du pic de diffraction diminue avec l'augmentation de la teneur en ArPTU, ce qui signifie que la cristallinité du film composite diminue avec l'augmentation de la teneur en ArPTU. De plus, les films PVDF-TrFE-CFE et PVDF-TrFE-CFE/ArPTU (95/5) ont un pic de diffraction plus faible à 2θ ≅ 17,56°, et ce pic est le pic de diffraction caractéristique de la phase (020) plan de cristal. Lorsque la fraction massique d'ArPTU atteint plus de 10 %, le pic de cristallisation de la phase des films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU s'affaiblit, indiquant que les films composites se transforment lentement en un état amorphe avec l'augmentation du composant ArPTU.

un Les courbes FTIR des films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU avec différents ratios composites. b Les courbes XRD des films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU avec différents ratios composites

Propriétés diélectriques des films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU

Sur la base des résultats ci-dessus, l'échantillon ArPTU B, qui a une constante diélectrique et une efficacité de décharge plus élevées, a été choisi pour préparer des films diélectriques composites avec PVDF-TrFE-CFE. Premièrement, pour étudier l'influence de l'ArPTU sur la propriété diélectrique de la matrice PVDF-TrFE-CFE, des spectres de fréquence diélectrique dans une plage de 100 Hz à 1 MHz ont été caractérisés à température ambiante. Comme présenté dans (Fig. 6a), on peut voir que la constante diélectrique des films composites diminue progressivement à mesure que la teneur en ArPTU augmente. Les films composites ont des constantes diélectriques de 35,72, 30,02 et 28,37 à des rapports 95/5, 90/10 et 85/15 à 1000 Hz, respectivement. La constante diélectrique réduite des films composites est due à l'ajout d'une faible constante diélectrique ArPTU. En même temps, avec l'augmentation de la quantité d'ajout d'ArPTU, la dépendance à la fréquence constante diélectrique des films composites diminue. En effet, les unités de thiourée dans l'ArPTU interagissent avec la matrice PVDF-TrFE-CFE, ce qui limite la rotation des dipôles dans PVDF-TrFE-CFE [37].

un Constante diélectrique des films composites ArPTU, PVDF-TrFE-CFE et PVDF-TrFE-CFE/ArPTU. b Perte diélectrique des films composites ArPTU, PVDF-TrFE-CFE et PVDF-TrFE-CFE/ArPTU

La figure 6b montre la relation entre la perte diélectrique et la fréquence des films composites avec différents rapports ArPTU. On peut voir que la perte diélectrique de tous les films composites est inférieure à celle du film PVDF-TrFE-CFE, indiquant que l'ajout de molécules ArPTU peut réduire efficacement la perte diélectrique du PVDF-TrFE-CFE. Ceci est attribué à l'unité thiourée dans la polythiourée augmentant l'espace interplanaire, et les dipôles de la chaîne polymère ont plus d'espace pour tourner librement, ce qui limite efficacement la relaxation des dipôles. Étant donné que la perte diélectrique sous les hautes fréquences provient principalement de la relaxation dipolaire, les résultats indiquent à nouveau que les groupes thiourée dans ArPTU peuvent confiner la relaxation dipolaire [37, 38].

L'intensité du champ de claquage des films diélectriques est un autre paramètre important pour les applications pratiques des condensateurs. L'intensité du champ de claquage des films composites avec différents rapports ArPTU est caractérisée par les statistiques de distribution de Weibull, qui sont illustrées dans (Fig. 7). Pour les films ArPTU, PVDF-TrFE-CFE, PVDF-TrFE-CFE/ArPTU (95/5), PVDF-TrFE-CFE/ArPTU (90/10) et PVDF-TrFE-CFE/ArPTU (85/15), l'intensité du champ de claquage calculée par la distribution de Weibull était de 467,5 MV/m, 324,6 MV/m, 366,9 MV/m, 407,6 MV/m et 302,4 MV/m, respectivement. Il révèle que par rapport au film PVDF-TrFE-CFE, l'intensité du champ de claquage des films composites est considérablement améliorée par l'introduction d'ArPTU, et plus la teneur en ArPTU contient, plus l'intensité de champ de claquage du film composite est obtenue. L'ajout d'ArPTU améliore la diffusion électron-phonon et la diffusion électron-dipôle dans les films composites, ce qui améliore considérablement le champ de claquage [38]. Cependant, lorsque la teneur en ArPTU est augmentée à 15 %, l'intensité du champ de claquage du composite diminue, ce qui peut être dû au phénomène de délaminage de deux polymères, ce qui entraîne plus de défauts dans le composite et la réduction de l'intensité du champ de claquage en conséquence. Par conséquent, l'ajout approprié d'ArPTU améliorera efficacement l'intensité du champ de claquage des films PVDF-TrFE-CFE à diélectrique élevé.

Décomposition Weibull des films composites ArPTU, PVDF-TrFE-CFE et PVDF-TrFE-CFE/ArPTU

Les boucles d'hystérésis de champ électrique de polarisation unipolaire des films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU avec différents rapports ArPTU sont montrées dans (Fig. 8). La polarisation maximale des films composites diminue avec l'augmentation de la teneur en ArPTU. La polarisation résiduelle des films composites avec trois rapports différents diminue par rapport au film PVDF-TrFE-CFE, indiquant que l'ajout de molécules ArPTU peut inhiber efficacement la saturation de polarisation précoce du PVDF-TrFE-CFE, ce qui entraîne une efficacité charge-décharge plus élevée .

Boucles d'hystérésis de champ électrique de polarisation unipolaire. un ArPTU. b PVDF-TrFE-CFE. c PVDF-TrFE-CFE/ArPTU (95/5). d PVDF-TrFE-CFE/ArPTU (90/10). e PVDF-TrFE-CFE/ArPTU (85/15)

Dans les applications pratiques, l'efficacité de charge-décharge est un autre paramètre caractéristique important des matériaux diélectriques en raison de la perte d'énergie qui conduit toujours à un échauffement et endommage les performances et la fiabilité du condensateur. La figure 9 montre l'efficacité de charge-décharge des films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU avec différents rapports ArPTU. L'intensité du champ appliqué du film PVDF-TrFE-CFE a augmenté de 500 à 2000 KV/cm, et l'efficacité de charge-décharge a diminué de 77 à 58%, principalement en raison de la perte par hystérésis ferroélectrique sous un champ électrique élevé. L'efficacité de charge-décharge des films composites avec différents rapports ArPTU est significativement plus élevée que celle du film PVDF-TrFE-CFE. Le film PVDF-TrFE-CFE/ArPTU (90/10) maintient une efficacité de charge-décharge de 72% à un champ électrique de 2000 KV/cm. A 2000 KV/cm, le composite montre une densité d'énergie élevée avec 5.31 J/cm ³ , ce qui est beaucoup plus élevé que les films BOPP pour une utilisation pratique. L'ajout d'ArPTU modifie la structure moléculaire du PVDF-TrFE-CFE et empêche le PVDF-TrFE-CFE d'atteindre prématurément la saturation de polarisation. Il a également été trouvé que le rapport d'addition approprié d'ArPTU a une influence distincte sur l'efficacité de charge-décharge des films composites. Le composite au ratio 85/15 a une efficacité charge-décharge relativement faible en raison de la teneur élevée en ArPTU, qui peut résulter du phénomène de délaminage de deux polymères.

Efficacité charge-décharge des films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU avec différents ratios composites

La densité d'énergie des films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU avec différents rapports composites est illustrée à la figure 10a. L'amélioration de la densité de stockage des films composites par rapport au film ArPTU est constituée par le résultat des performances de constante diélectrique des films composites. On peut voir que par rapport au film ArPTU pur, les films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU ont une densité d'énergie plus élevée au même champ électrique en raison de la constante diélectrique améliorée. La densité d'énergie maximale du film PVDF-TrFE-CFE dans le film composite PVDF-TrFE-CFE/ArPTU (90/10) a une densité de stockage de 22,06 J/cm ³ à 4076 KV/cm. Par rapport aux films composites PVDF-TrFE-CTFE/ArPTU (19,2 J/cm ³ ) [37], le film de notre travail montre une densité de stockage d'énergie plus élevée. Bien que les films de notre travail montrent une tension de claquage légèrement inférieure, une constante diélectrique plus élevée assure une grande amélioration de la densité de stockage d'énergie. Ainsi, un compromis entre résistance au claquage et constante diélectrique doit être pris en compte lors de la construction de films composites à haute densité d'énergie. De plus, compte tenu de la densité d'énergie de décharge, notre travail indique également une compétitivité élevée avec la densité d'énergie de décharge la plus élevée, comme le montre la figure 10b. Par rapport aux films composites organiques-inorganiques, les films composites organiques peuvent améliorer la densité de stockage d'énergie et l'efficacité du film plus efficacement et sont réalisables dans des applications pratiques pour la fabrication de dispositifs roll-to-toll [41, 42]. Dans l'ensemble, en contrôlant correctement le poids moléculaire et le rapport d'addition d'ArPTU, les diélectriques organiques haute performance à base de PVDF-TrFE-CFE/ArPTU avec une densité d'énergie élevée, une intensité de champ de claquage élevée, une faible perte diélectrique et une efficacité de charge-décharge plus élevée peuvent être construit. Ce film polymère haute performance s'est avéré être des matériaux diélectriques prometteurs pour les applications de condensateurs à film haute densité.

un La densité énergétique des films composites PVDF-TrFE-CFE/ArPTU avec différents ratios composites. b Comparaison de la densité d'énergie de décharge de nos travaux avec les travaux rapportés [39, 40]