Enhancement of high-temperature dielectric energy storage performances of polyimide nanocomposites utilizing surface functionalized MAX nanosheets

材料科学 纳米复合材料 电介质 聚酰亚胺 聚合物 复合材料 聚合物纳米复合材料 介电损耗 光电子学 图层(电子)
作者
Qi‐Kun Feng,Qi Dong,Dongli Zhang,Jia‐Yao Pei,Zhi‐Min Dang
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier BV]
卷期号:218: 109193-109193 被引量:55
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2021.109193
摘要

High-temperature dielectric polymers have a broad application space in film capacitors for high-temperature electrostatic energy storage. However, low permittivity, low energy density and poor thermal conductivity of high-temperate polymer dielectrics constrain their application in the harsh-environment electronic devices, especially under elevated temperatures. Here, the combination of dopamine functionalized MAX (Ti3AlC2) nanosheets and a polyimide (PI) matrix offers a feasible strategy to prepare high-temperature polymer nanocomposites with improved dielectric and thermal performances. The surface functionalized MAX nanosheets with dopamine has guaranteed both the increase of dielectric constant and breakdown strength, leading to improved energy storage capability. As a result, the nanocomposite with 3 wt % functionalized MAX exhibits an enhanced energy density of 2.60 J/cm3 at 30 °C, and the nanocomposite with 1 wt % fillers possess an energy density of 1.19 J/cm3 at 100 °C, more than 1.32 and 1.18 times that of neat PI films (1.97 J/cm3 at 30 °C and 1.01 J/cm3 at 100 °C). In addition, an improved in-plane thermal conductivity of 0.55 W/(m·K) is obtained for PI based nanocomposite with 7 wt % [email protected], which is much higher than that of pure polymer (0.18 W/(m·K)). Our results show that surface modified MAX nanosheets can be used to construct polymer-based nanocomposites with excellent high-temperature energy storage capability and thermal properties.
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