儲能聚合物電介質(zhì)導(dǎo)論

目錄
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 儲能技術(shù)與儲能電介質(zhì)材料 1
1.1.1 儲能技術(shù) 1
1.1.2 電能儲存技術(shù) 2
1.1.3 儲能電容器與儲能電介質(zhì) 4
1.2 儲能電介質(zhì)材料基礎(chǔ) 6
1.2.1 電介質(zhì)與絕緣材料 6
1.2.2 固體電介質(zhì)性能基本參數(shù) 7
1.2.3 儲能聚合物復(fù)合電介質(zhì)特征 13
1.2.4 電介質(zhì)儲能過程與儲能密度 15
1.2.5 儲能聚合物復(fù)合電介質(zhì)現(xiàn)狀 17
1.3 儲能聚合物復(fù)合電介質(zhì)若干關(guān)鍵問題 20
1.3.1 介電性能參數(shù)解耦調(diào)控策略 21
1.3.2 介電性能與其他性能協(xié)同調(diào)控 23
1.3.3 儲能薄膜規(guī)模化加工工藝與精細結(jié)構(gòu)控制 24
1.3.4 復(fù)雜條件下儲能薄膜電氣性能與儲能特性演化規(guī)律 25
1.4 儲能聚合物復(fù)合電介質(zhì)研究內(nèi)容 26
1.5 本書內(nèi)容安排 27
參考文獻 27
第2章 儲能電介質(zhì)基礎(chǔ)理論 35
2.1 電介質(zhì)電極化理論 35
2.1.1 偶極子與偶極矩 35
2.1.2 極性與非極性電介質(zhì) 36
2.1.3 電極化與極化率 37
2.1.4 電極化與頻率關(guān)系 39
2.1.5 電極化與溫度關(guān)系 46
2.1.6 電極化與電介質(zhì)損耗 49
2.1.7 介電數(shù)據(jù)分析工具——電模量 50
2.2 電介質(zhì)電容特性與儲能特性 52
2.2.1 電容特性理論 52
2.2.2 儲能特性理論 53
2.2.3 電極化、電位移與儲能特性 54
2.3 電介質(zhì)充放電特性 56
2.3.1 充放電特性測試方法 56
2.3.2 電極化與電場關(guān)系 58
2.3.3 儲能電介質(zhì)放電行為 60
2.3.4 不同電介質(zhì)的充放電特征 65
2.4 本章小結(jié) 69
參考文獻 69
第3章 聚合物介電特性基礎(chǔ)理論 72
3.1 聚合物介電常數(shù)與介電損耗 72
3.1.1 聚合物結(jié)構(gòu)特點 72
3.1.2 聚合物電極化 78
3.1.3 影響聚合物介電常數(shù)的因素 83
3.1.4 聚合物介電常數(shù)調(diào)控 88
3.1.5 聚合物介電松弛 91
3.1.6 聚合物介電譜 94
3.1.7 聚合物介電損耗調(diào)控 97
3.2 聚合物介質(zhì)電導(dǎo)與擊穿 98
3.2.1 聚合物介質(zhì)電導(dǎo)機理 98
3.2.2 聚合物介質(zhì)電擊穿 99
3.2.3 聚合物介質(zhì)熱擊穿 100
3.2.4 聚合物介質(zhì)局部放電 100
3.2.5 聚合物介質(zhì)電-機械擊穿 101
3.2.6 聚合物介質(zhì)樹枝化擊穿 102
3.2.7 聚合物介質(zhì)結(jié)構(gòu)與擊穿關(guān)系 103
3.2.8 影響聚合物介質(zhì)擊穿電壓的環(huán)境因素 106
3.2.9 改善聚合物介質(zhì)耐壓能力的方法 106
3.3 本章小結(jié) 107
參考文獻 107
第4章 儲能聚合物電介質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能 109
4.1 聚偏氟乙烯鐵電聚合物 111
4.1.1 PVDF鏈構(gòu)型與結(jié)晶相 111
4.1.2 PVDF介電性能 113
4.1.3 PVDF儲能特性 116
4.2 P(VDF-TrFE)與P(VDF-TFE)共聚物 118
4.2.1 直接共聚制備P(VDF-TrFE) 118
4.2.2 氫化工藝制備P(VDF-TrFE) 122
4.2.3 P(VDF-TFE)結(jié)構(gòu)與性能 128
4.3 PVDF基弛豫鐵電聚合物 129
4.3.1 PVDF基三聚物 129
4.3.2 P(VDF-TrFE-DB)共聚物 134
4.4 PVDF基反鐵電聚合物 136
4.4.1 PVDF和P(VDF-TrFE)反鐵電行為 136
4.4.2 P(VDF-CTFE)-g-PS結(jié)構(gòu)與性能 137
4.4.3 P(VDF-TrFE-CTFE)-g-PXMA結(jié)構(gòu)與性能 139
4.5 儲能線性聚合物電介質(zhì) 140
4.5.1 非極性/弱極性聚合物電介質(zhì) 141
4.5.2 極性聚合物電介質(zhì) 143
4.5.3 改性PVDF基線性電介質(zhì) 145
4.6 本章小結(jié) 146
參考文獻 146
第5章 儲能復(fù)合電介質(zhì)性能調(diào)控理論 153
5.1 復(fù)合電介質(zhì)極化與損耗 153
5.1.1 并聯(lián)復(fù)合電介質(zhì)極化與損耗 155
5.1.2 串聯(lián)復(fù)合電介質(zhì)極化與損耗 157
5.1.3 均勻混合電介質(zhì)極化與損耗 158
5.1.4 考慮電導(dǎo)串聯(lián)復(fù)合介質(zhì)充放電特性 159
5.2 有效介質(zhì)理論 163
5.3 復(fù)合效應(yīng)理論 164
5.3.1 低填充量時復(fù)合效應(yīng) 164
5.3.2 高填充量時復(fù)合效應(yīng) 166
5.4 逾滲效應(yīng)理論 170
5.4.1 逾滲效應(yīng)與介電性能 170
5.4.2 球形顆粒填充復(fù)合電介質(zhì)特征 171
5.4.3 一維/二維顆粒填充復(fù)合電介質(zhì)特征 173
5.4.4 逾滲效應(yīng)連通型式 174
5.5 本章小結(jié) 176
參考文獻 177
第6章 儲能復(fù)合電介質(zhì)結(jié)構(gòu)性能理論模擬 179
6.1 復(fù)合電介質(zhì)多尺度模擬計算方法 179
6.1.1 有限元方法 179
6.1.2 相場模擬方法 182
6.1.3 分子動力學(xué)方法 184
6.1.4 蒙特卡羅方法 187
6.1.5 **性原理計算方法 189
6.2 多尺度模擬在介電儲能領(lǐng)域的應(yīng)用 191
6.2.1 微結(jié)構(gòu)模擬與性能預(yù)測 191
6.2.2 微觀機理與宏觀性能耦合分析 197
6.2.3 材料設(shè)計及性能優(yōu)化 201
6.3 介電材料基因工程與高通量篩選 205
6.4 本章小結(jié) 206
參考文獻 207
第7章 儲能聚合物復(fù)合電介質(zhì)設(shè)計與制備 209
7.1 填充相分散與分布特征模型 209
7.1.1 串并聯(lián)模型 209
7.1.2 考慮填料形狀修正的Maxwell-Garnett方程 210
7.2 聚合物復(fù)合電介質(zhì)多尺度結(jié)構(gòu)特征 211
7.2.1 填料納尺度 211
7.2.2 界面微尺度 218
7.2.3 斷面顯微結(jié)構(gòu) 220
7.3 聚合物復(fù)合電介質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計與制備 221
7.3.1 隨機分散兩相與三相復(fù)合電介質(zhì) 221
7.3.2 取向分散復(fù)合電介質(zhì) 222
7.3.3 陣列結(jié)構(gòu)復(fù)合電介質(zhì) 223
7.3.4 多層結(jié)構(gòu)復(fù)合電介質(zhì) 225
7.4 聚合物復(fù)合電介質(zhì)固相法制備工藝 228
7.4.1 直接共混制備 228
7.4.2 熔融混合制備 229
7.4.3 多層共擠制備 230
7.5 聚合物復(fù)合電介質(zhì)液相法制備工藝 231
7.5.1 溶液法制備 231
7.5.2 原位聚合制備 232
7.6 儲能聚合物復(fù)合電介質(zhì)與規(guī)模化加工工藝 233
7.7 本章小結(jié) 233
參考文獻 234
第8章 介電陶瓷顆粒/聚合物儲能復(fù)合電介質(zhì) 239
8.1 介電陶瓷顆粒/聚合物復(fù)合電介質(zhì)特征 239
8.2 復(fù)合電介質(zhì)介電性能的頻率和溫度依賴性 240
8.2.1 介電性能頻率依賴性 240
8.2.2 介電性能溫度依賴性 243
8.3 復(fù)合電介質(zhì)介電性能與組成依賴性 247
8.3.1 陶瓷顆粒組成及其影響 248
8.3.2 陶瓷顆粒填充量的影響 251
8.4 復(fù)合電介質(zhì)介電性能與填充顆粒尺度依賴性 255
8.4.1 超細尺寸納米顆粒 255
8.4.2 納米尺度顆粒 260
8.4.3 微納尺度共填充 263
8.5 復(fù)合電介質(zhì)介電性能與填充顆粒形貌依賴性 265
8.5.1 零維球形顆粒 266
8.5.2 一維線/棒顆粒 267
8.5.3 二維片狀顆粒 269
8.6 其他因素對介電儲能特性影響 271
8.6.1 復(fù)合材料制備工藝差異性 271
8.6.2 填料與基體界面性能差異性 272
8.6.3 特殊結(jié)構(gòu)陶瓷填料 272
8.7 介電陶瓷顆粒/聚合物復(fù)合電介質(zhì)儲能特性 274
8.8 本章小結(jié) 275
參考文獻 276
第9章 導(dǎo)電顆粒/聚合物儲能復(fù)合電介質(zhì) 283
9.1 導(dǎo)電顆粒/聚合物復(fù)合電介質(zhì)特征 283
9.2 復(fù)合電介質(zhì)介電性能的頻率和溫度依賴性 284
9.2.1 介電性能頻率依賴性 285
9.2.2 介電性能溫度依賴性 285
9.3 復(fù)合電介質(zhì)介電性能與組成依賴性 287
9.3.1 導(dǎo)電填料種類及其影響 287
9.3.2 導(dǎo)電填料含量影響 289
9.4 復(fù)合電介質(zhì)介電性能與填料電導(dǎo)率依賴性 292
9.4.1 介電常數(shù)的電導(dǎo)率依賴性 292
9.4.2 介電損耗的電導(dǎo)率依賴性 294
9.5 復(fù)合電介質(zhì)介電性能與填料形貌依賴性 295
9.5.1 零維球形顆粒 295
9.5.2 一維線/棒顆粒 297
9.5.3 二維片狀顆粒 307
9.6 導(dǎo)電顆粒/聚合物復(fù)合電介質(zhì)儲能特性 312
9.7 本章小結(jié) 313
參考文獻 314
第10章 儲能全有機復(fù)合電介質(zhì) 320
10.1 全有機復(fù)合電介質(zhì)特征 320
10.2 有機介電填料/聚合物復(fù)合電介質(zhì) 321
10.2.1 物理直接共混型電介質(zhì) 321
10.2.2 化學(xué)接枝復(fù)合型電介質(zhì) 324
10.2.3 增容偶聯(lián)復(fù)合型電介質(zhì) 326
10.3 有機導(dǎo)電填料/聚合物復(fù)合電介質(zhì) 329
10.3.1 導(dǎo)電球形有機填料 330
10.3.2 導(dǎo)電線棒形有機填料 333
10.4 聚合物共混復(fù)合電介質(zhì) 335
10.4.1 熱塑性/熱塑性復(fù)合電介質(zhì) 335
10.4.2 彈性體/熱塑性復(fù)合電介質(zhì) 341
10.5 全有機復(fù)合電介質(zhì)儲能特性 344
10.6 本章小結(jié) 345
參考文獻 345
第11章 核殼結(jié)構(gòu)填料/聚合物儲能復(fù)合電介質(zhì) 348
11.1 聚合物復(fù)合電介質(zhì)界面模型 348
11.1.1 界面基本特征 348
11.1.2 Lewis雙層介電模型 350
11.1.3 Tanaka多核介電模型 351
11.2 核殼結(jié)構(gòu)功能填料設(shè)計與制備 352
11.2.1 無機殼層 353
11.2.2 有機殼層 357
11.3 核殼結(jié)構(gòu)功能填料對復(fù)合電介質(zhì)性能影響 361
11.3.1 對介電性能影響 362
11.3.2 對擊穿電場影響 366
11.3.3 對充放電效率和放電能量密度影響 368
11.4 本章小結(jié) 371
參考文獻 371
第12章 儲能聚合物基三相復(fù)合電介質(zhì) 377
12.1 三相復(fù)合電介質(zhì)特征 377
12.2 雙功能顆粒/聚合物三相復(fù)合電介質(zhì) 380
12.2.1 介電相-導(dǎo)電相/聚合物復(fù)合電介質(zhì) 380
12.2.2 介電相-介電相/聚合物復(fù)合電介質(zhì) 395
12.3 單功能顆粒/雙聚合物三相復(fù)合電介質(zhì) 398
12.3.1 介電相顆粒/雙聚合物復(fù)合電介質(zhì) 401
12.3.2 導(dǎo)電