储能聚合物电介质导论

目录
序一
序二
前言
第1章 绪论 1
1.1 储能技术与储能电介质材料 1
1.1.1 储能技术 1
1.1.2 电能储存技术 2
1.1.3 储能电容器与储能电介质 4
1.2 储能电介质材料基础 6
1.2.1 电介质与绝缘材料 6
1.2.2 固体电介质性能基本参数 7
1.2.3 储能聚合物复合电介质特征 13
1.2.4 电介质储能过程与储能密度 15
1.2.5 储能聚合物复合电介质现状 17
1.3 储能聚合物复合电介质若干关键问题 20
1.3.1 介电性能参数解耦调控策略 21
1.3.2 介电性能与其他性能协同调控 23
1.3.3 储能薄膜规模化加工工艺与精细结构控制 24
1.3.4 复杂条件下储能薄膜电气性能与储能特性演化规律 25
1.4 储能聚合物复合电介质研究内容 26
1.5 本书内容安排 27
参考文献 27
第2章 储能电介质基础理论 35
2.1 电介质电极化理论 35
2.1.1 偶极子与偶极矩 35
2.1.2 极性与非极性电介质 36
2.1.3 电极化与极化率 37
2.1.4 电极化与频率关系 39
2.1.5 电极化与温度关系 46
2.1.6 电极化与电介质损耗 49
2.1.7 介电数据分析工具——电模量 50
2.2 电介质电容特性与储能特性 52
2.2.1 电容特性理论 52
2.2.2 储能特性理论 53
2.2.3 电极化、电位移与储能特性 54
2.3 电介质充放电特性 56
2.3.1 充放电特性测试方法 56
2.3.2 电极化与电场关系 58
2.3.3 储能电介质放电行为 60
2.3.4 不同电介质的充放电特征 65
2.4 本章小结 69
参考文献 69
第3章 聚合物介电特性基础理论 72
3.1 聚合物介电常数与介电损耗 72
3.1.1 聚合物结构特点 72
3.1.2 聚合物电极化 78
3.1.3 影响聚合物介电常数的因素 83
3.1.4 聚合物介电常数调控 88
3.1.5 聚合物介电松弛 91
3.1.6 聚合物介电谱 94
3.1.7 聚合物介电损耗调控 97
3.2 聚合物介质电导与击穿 98
3.2.1 聚合物介质电导机理 98
3.2.2 聚合物介质电击穿 99
3.2.3 聚合物介质热击穿 100
3.2.4 聚合物介质局部放电 100
3.2.5 聚合物介质电-机械击穿 101
3.2.6 聚合物介质树枝化击穿 102
3.2.7 聚合物介质结构与击穿关系 103
3.2.8 影响聚合物介质击穿电压的环境因素 106
3.2.9 改善聚合物介质耐压能力的方法 106
3.3 本章小结 107
参考文献 107
第4章 储能聚合物电介质结构与性能 109
4.1 聚偏氟乙烯铁电聚合物 111
4.1.1 PVDF链构型与结晶相 111
4.1.2 PVDF介电性能 113
4.1.3 PVDF储能特性 116
4.2 P(VDF-TrFE)与P(VDF-TFE)共聚物 118
4.2.1 直接共聚制备P(VDF-TrFE) 118
4.2.2 氢化工艺制备P(VDF-TrFE) 122
4.2.3 P(VDF-TFE)结构与性能 128
4.3 PVDF基弛豫铁电聚合物 129
4.3.1 PVDF基三聚物 129
4.3.2 P(VDF-TrFE-DB)共聚物 134
4.4 PVDF基反铁电聚合物 136
4.4.1 PVDF和P(VDF-TrFE)反铁电行为 136
4.4.2 P(VDF-CTFE)-g-PS结构与性能 137
4.4.3 P(VDF-TrFE-CTFE)-g-PXMA结构与性能 139
4.5 储能线性聚合物电介质 140
4.5.1 非极性/弱极性聚合物电介质 141
4.5.2 极性聚合物电介质 143
4.5.3 改性PVDF基线性电介质 145
4.6 本章小结 146
参考文献 146
第5章 储能复合电介质性能调控理论 153
5.1 复合电介质极化与损耗 153
5.1.1 并联复合电介质极化与损耗 155
5.1.2 串联复合电介质极化与损耗 157
5.1.3 均匀混合电介质极化与损耗 158
5.1.4 考虑电导串联复合介质充放电特性 159
5.2 有效介质理论 163
5.3 复合效应理论 164
5.3.1 低填充量时复合效应 164
5.3.2 高填充量时复合效应 166
5.4 逾渗效应理论 170
5.4.1 逾渗效应与介电性能 170
5.4.2 球形颗粒填充复合电介质特征 171
5.4.3 一维/二维颗粒填充复合电介质特征 173
5.4.4 逾渗效应连通型式 174
5.5 本章小结 176
参考文献 177
第6章 储能复合电介质结构性能理论模拟 179
6.1 复合电介质多尺度模拟计算方法 179
6.1.1 有限元方法 179
6.1.2 相场模拟方法 182
6.1.3 分子动力学方法 184
6.1.4 蒙特卡罗方法 187
6.1.5 **性原理计算方法 189
6.2 多尺度模拟在介电储能领域的应用 191
6.2.1 微结构模拟与性能预测 191
6.2.2 微观机理与宏观性能耦合分析 197
6.2.3 材料设计及性能优化 201
6.3 介电材料基因工程与高通量筛选 205
6.4 本章小结 206
参考文献 207
第7章 储能聚合物复合电介质设计与制备 209
7.1 填充相分散与分布特征模型 209
7.1.1 串并联模型 209
7.1.2 考虑填料形状修正的Maxwell-Garnett方程 210
7.2 聚合物复合电介质多尺度结构特征 211
7.2.1 填料纳尺度 211
7.2.2 界面微尺度 218
7.2.3 断面显微结构 220
7.3 聚合物复合电介质结构设计与制备 221
7.3.1 随机分散两相与三相复合电介质 221
7.3.2 取向分散复合电介质 222
7.3.3 阵列结构复合电介质 223
7.3.4 多层结构复合电介质 225
7.4 聚合物复合电介质固相法制备工艺 228
7.4.1 直接共混制备 228
7.4.2 熔融混合制备 229
7.4.3 多层共挤制备 230
7.5 聚合物复合电介质液相法制备工艺 231
7.5.1 溶液法制备 231
7.5.2 原位聚合制备 232
7.6 储能聚合物复合电介质与规模化加工工艺 233
7.7 本章小结 233
参考文献 234
第8章 介电陶瓷颗粒/聚合物储能复合电介质 239
8.1 介电陶瓷颗粒/聚合物复合电介质特征 239
8.2 复合电介质介电性能的频率和温度依赖性 240
8.2.1 介电性能频率依赖性 240
8.2.2 介电性能温度依赖性 243
8.3 复合电介质介电性能与组成依赖性 247
8.3.1 陶瓷颗粒组成及其影响 248
8.3.2 陶瓷颗粒填充量的影响 251
8.4 复合电介质介电性能与填充颗粒尺度依赖性 255
8.4.1 超细尺寸纳米颗粒 255
8.4.2 纳米尺度颗粒 260
8.4.3 微纳尺度共填充 263
8.5 复合电介质介电性能与填充颗粒形貌依赖性 265
8.5.1 零维球形颗粒 266
8.5.2 一维线/棒颗粒 267
8.5.3 二维片状颗粒 269
8.6 其他因素对介电储能特性影响 271
8.6.1 复合材料制备工艺差异性 271
8.6.2 填料与基体界面性能差异性 272
8.6.3 特殊结构陶瓷填料 272
8.7 介电陶瓷颗粒/聚合物复合电介质储能特性 274
8.8 本章小结 275
参考文献 276
第9章 导电颗粒/聚合物储能复合电介质 283
9.1 导电颗粒/聚合物复合电介质特征 283
9.2 复合电介质介电性能的频率和温度依赖性 284
9.2.1 介电性能频率依赖性 285
9.2.2 介电性能温度依赖性 285
9.3 复合电介质介电性能与组成依赖性 287
9.3.1 导电填料种类及其影响 287
9.3.2 导电填料含量影响 289
9.4 复合电介质介电性能与填料电导率依赖性 292
9.4.1 介电常数的电导率依赖性 292
9.4.2 介电损耗的电导率依赖性 294
9.5 复合电介质介电性能与填料形貌依赖性 295
9.5.1 零维球形颗粒 295
9.5.2 一维线/棒颗粒 297
9.5.3 二维片状颗粒 307
9.6 导电颗粒/聚合物复合电介质储能特性 312
9.7 本章小结 313
参考文献 314
第10章 储能全有机复合电介质 320
10.1 全有机复合电介质特征 320
10.2 有机介电填料/聚合物复合电介质 321
10.2.1 物理直接共混型电介质 321
10.2.2 化学接枝复合型电介质 324
10.2.3 增容偶联复合型电介质 326
10.3 有机导电填料/聚合物复合电介质 329
10.3.1 导电球形有机填料 330
10.3.2 导电线棒形有机填料 333
10.4 聚合物共混复合电介质 335
10.4.1 热塑性/热塑性复合电介质 335
10.4.2 弹性体/热塑性复合电介质 341
10.5 全有机复合电介质储能特性 344
10.6 本章小结 345
参考文献 345
第11章 核壳结构填料/聚合物储能复合电介质 348
11.1 聚合物复合电介质界面模型 348
11.1.1 界面基本特征 348
11.1.2 Lewis双层介电模型 350
11.1.3 Tanaka多核介电模型 351
11.2 核壳结构功能填料设计与制备 352
11.2.1 无机壳层 353
11.2.2 有机壳层 357
11.3 核壳结构功能填料对复合电介质性能影响 361
11.3.1 对介电性能影响 362
11.3.2 对击穿电场影响 366
11.3.3 对充放电效率和放电能量密度影响 368
11.4 本章小结 371
参考文献 371
第12章 储能聚合物基三相复合电介质 377
12.1 三相复合电介质特征 377
12.2 双功能颗粒/聚合物三相复合电介质 380
12.2.1 介电相-导电相/聚合物复合电介质 380
12.2.2 介电相-介电相/聚合物复合电介质 395
12.3 单功能颗粒/双聚合物三相复合电介质 398
12.3.1 介电相颗粒/双聚合物复合电介质 401
12.3.2 导电