摘要: 电介质电容器不仅有着稳定的性能表现，而且具有优异的循环寿命和极高的功率密度，然而其应用受到电容器内部电介质材料普遍存在的低能量密度的限制。因此，提高介质电容器的储能密度是当前高性能薄膜电容器领域的研究热点之一。聚偏氟乙烯（PVDF）具... 展开 电介质电容器不仅有着稳定的性能表现，而且具有优异的循环寿命和极高的功率密度，然而其应用受到电容器内部电介质材料普遍存在的低能量密度的限制。因此，提高介质电容器的储能密度是当前高性能薄膜电容器领域的研究热点之一。聚偏氟乙烯（PVDF）具有较好的介电常数和击穿强度，但其储能密度仍不能满足如今的发展。为了提高其介电常数和储能密度，本文选取两种不同掺杂态的聚吡咯（PPy）作为填料来提高复合薄膜的介电常数和储能密度。 首先通过静电纺丝和热压工艺成功制备了PPy-TiO2/PVDF复合薄膜和PPy-C/PVDF复合薄膜。对两种单层复合薄膜的微观结构进行了表征，探究了PPy-TiO2和PPy-C对其力学性能的影响，以介电和击穿性能为重点研究目标进行了测试。红外光谱和XRD分析表明通过添加PPy-TiO2和PPy-C促进两种复合薄膜形成了β相，SEM图表明两种粒子分别良好地嵌入在PVDF纤维中，两种复合薄膜的断面图可以观察到不同浓度的分散情况。实验结果表明，PPy-TiO2/PVDF复合薄膜的储能模量达到了1125Mpa，是纯PVDF同温度下的储能模量的2.13倍；PPy-C/PVDF复合薄膜的储能模量是纯PVDF同温度下的储能模量的1.5倍。40wt.%的PPy-TiO2/PVDF复合薄膜和7wt.%的PPy-C/PVDF复合薄膜具有最高的介电常数，分别为28.5@1000Hz和32.9@1000Hz，比纯PVDF分别高出了212%和265%。10wt.%的PPy-TiO2/PVDF复合薄膜和1wt.%的PPy-C/PVDF复合薄膜具有最高的的击穿强度，分别为44kV/mm和45.2kV/mm。 为了提高复合薄膜的储能密度，本研究进一步通过静电纺丝和热压工艺成功制备了PVDF||PPy-TiO2/PVDF||PVDF复合薄膜和PVDF||PPy-C/PVDF||PVDF复合薄膜。微结构分析表明，两种复合薄膜中层与层之间的分界线比较明显，界面处也没有明显缺陷；性能测试结果表明，三层结构复合薄膜的构建依然可以提高复合薄膜的介电常数，当PPy-TiO2的添加量为40wt.%，PVDF||PPy-TiO2/PVDF||PVDF复合薄膜的介电常数最高，达到了20.4@1000Hz，比PVDF薄膜（9.3@1000Hz）高119%。当PPy-C的添加量为5wt.%时，PVDF||PPy-C/PVDF||PVDF复合薄膜的介电常数最高，达到了17@1000Hz，比PVDF薄膜（9.3@1000Hz）高85%。10wt.%的PVDF||PPy-TiO2/PVDF||PVDF复合薄膜击穿强度最高，达到了161kV/mm。1wt.%的PVDF||PPy-C/PVDF||PVDF复合薄膜的击穿强度最高，达到了118.2kV/mm。当填充量为30wt.%时，在1700kV/cm的击穿强度下，PVDF||PPy-TiO2/PVDF||PVDF复合薄膜的储能密度可达2.68J/cm3。当PPy-C含量为5wt.%时，在1000kV/cm下的PVDF||PPy-C/PVDF||PVDF复合薄膜储能密度达到了1.22J/cm3。这是由于填料的存在能提高PVDF的极性，再加上界面效应的作用，D-E曲线形状较为细长。由此证实，通过添加掺杂态的导电高分子，会使得PVDF基复合薄膜在介电性能上具有良好的潜力。 收起