Improved dielectric and energy storage properties of polypropylene by adding hybrid fillers and high-speed extrusion

材料科学 复合材料 钛酸钡 聚丙烯 电介质 介电常数 介电损耗 挤压 氮化硼 色散(光学) 纳米复合材料 电容器 电场 填料(材料) 陶瓷 电压 电气工程 光电子学 光学 物理 量子力学 工程类
作者
Zilong Xie,Dingyao Liu,Kai Wu,Qiang Fu
出处
期刊:Polymer [Elsevier BV]
卷期号:214: 123348-123348 被引量:68
标识
DOI:10.1016/j.polymer.2020.123348
摘要

Polypropylene (PP) is the state-of-the-art dielectric material for film capacitor. However, the further progress of PP is impeded by its low permittivity and low energy storage density. Adding high-permittivity (high-k) nano-filler into PP matrix to prepare nanocomposites turns out to be a promising approach. Main challenge lies in the decreased electric breakdown strength (Eb) caused by the poor filler dispersion and the contrast between the intrinsic permittivity of high-k filler and low-k polymer matrix, which generated intensified electric field to lead breakdown. Herein, this issue is addressed by the design of a hybrid filler structure, wherein both low-k high-Eb hexagonal boron nitride (h-BN) and high-k low-Eb barium titanate (BT) were uniformly incorporated in PP matrix, meanwhile high-speed extrusion technology is applied to improve the filler dispersion. As a result, an obvious increase of permittivity from 2.2 to 2.92 was achieved compared with neat PP, while the Eb of PP/BT/BN was well-maintained at 469 MV/m, bringing an increased energy density of 2.82 J cm−3. Moreover, the dielectric loss was impressively suppressed to a low value of 0.0012 via mixing of hybrid fillers and improved dispersion.
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