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《通过核-壳策略提高聚偏氟乙烯基纳米复合材料的能量密度》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2020-10-15

  • 自然于2020年10月13日发布关于“提高聚偏氟乙烯基纳米复合材料的能量密度”的文章，文章指出近年来，高能量密度聚合物电容器因其在先进电力系统和电子器件中的潜在应用而引起了广泛的研究兴趣。本文采用表面转换反应和原位聚合相结合的方法合成了核壳结构的TiO2@SrTiO3@PDA纳米线(TiO2@SrTiO3@PDA NWs)，并将其与聚偏二氟乙烯(PVDF)基体结合。我们的结果表明，少量的TiO2@SrTiO3@PDA NWs可以同时提高纳米复合材料(NC)薄膜的击穿强度和电位移，从而提高储能能力。5 wt% TiO2@SrTiO3@PDA NWs/PVDF NC的最大放电能量密度比原始PVDF高1.72倍(198 MV/m时为10.34 J/cm3, 170 MV/m时为6.01 J/cm3)。此外，具有5% wt% TiO2@SrTiO3@PDA NWs的NC也显示了良好的充放电效率(198 MV/m时69%)。由于TiO2@SrTiO3 NWs的多层界面极化、大纵横比以及表面改性，使得其储能性能得以增强。本研究结果为制备具有优异放电能量密度的聚合物纳米碳化物提供了指导方针和基础。

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    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-07-02
    • 布朗大学的一个研究小组发现了一种方法，可以将用于制造固态锂离子电池的陶瓷材料的韧性提高一倍。《Matter》杂志描述的这一策略可能有助于将固态电池推向大众市场。 “人们对用陶瓷材料取代现有电池中的电解液非常感兴趣，因为它们更安全，而且能提供更高的能量密度，”布朗工程学院的博士后研究员、这项研究的第一作者Christos Athanasiou说。到目前为止，对固体电解质的研究主要集中在优化它们的化学性质上。在这项工作中，我们将重点放在机械性能上，希望能使它们更安全、更实用、更广泛地使用。” 电解液是电池正极和负极之间的屏障，锂离子在充电或放电时通过电解液流动。液态电解质工作得很好——它们被发现存在于今天使用的大多数电池中——但它们有一些问题。在大电流下，电解液内部会形成微小的锂金属丝，从而导致电池短路。由于液体电解质也是高度易燃的，这些短裤可能导致火灾。 固体陶瓷电解质是不易燃的，有证据表明它们可以防止锂丝的形成，而锂丝可以使电池在更高的电流下工作。然而，陶瓷是高脆性材料，在制造和使用过程中可能会断裂。 在这项新研究中，研究人员想知道，在陶瓷中注入石墨烯——一种超强碳基纳米材料——能否提高材料的断裂韧性(一种材料承受开裂而不崩解的能力)，同时保持电解质功能所需的电子特性。 阿萨纳苏与布朗大学工程学教授布莱恩·谢尔登和尼廷·帕杜尔合作，他们多年来一直在使用纳米材料来加固用于航空航天工业的陶瓷。在这项工作中，研究人员制造了氧化石墨烯的微小血小板，将其与一种叫做LATP的陶瓷粉末混合，然后将混合物加热以形成一种陶瓷-石墨烯复合材料。 对复合材料的力学测试表明，与单独使用陶瓷相比，复合材料的韧性增加了两倍以上。“发生的情况是，当材料开始开裂时，石墨烯血小板将破裂的表面粘合在一起，因此需要更多的能量来维持裂纹的运行，”Athanasiou说。 实验还表明，石墨烯不会影响材料的电学性能。关键是要确保在陶瓷中加入适量的石墨烯。而石墨烯过少则无法达到增韧效果。过多会导致材料导电，这在电解质中是不需要的。 “你希望电解质能传导离子，而不是电，”帕图尔说。“石墨烯是一种良好的导电体，因此人们可能会认为在电解液中加入导体是在搬起石头砸自己的脚。”但如果我们将浓度保持在足够低的水平，就可以阻止石墨烯导电，同时我们仍能获得结构上的好处。” 综合来看，这些结果表明，纳米复合材料可以提供一条道路，使力学性能更安全的固体电解质用于日常应用。该小组计划继续改进这种材料，尝试石墨烯以外的纳米材料和不同类型的陶瓷电解质。 “据我们所知，这是迄今为止所制造的最坚硬的固态电解质，”Sheldon说。“我认为，我们所展示的是，在电池应用中使用这些复合材料有很大的前景。”
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  • 《聚乙烯/纳米银复合材料的力学行为:分子动力学研究的视角》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-05-21
    • 本研究采用分子动力学模拟(MD)方法，研究了含银纳米颗粒(PE/AgNPs)的原始聚乙烯(PE)及其复合材料在重量分数为1.05 wt%和3.10 wt%时的力学性能。拉伸过程的应力-应变分布表明，由于在12a范围内AgNP表面附近的PE局部密度和强度的改善，嵌入AgNPs可以显著提高原始PE的杨氏模量和拉伸强度。关于温度对力学性能的影响的原始体育和PE / AgNP复合材料的杨氏模量和强度的体育和体育/ AgNP复合材料显著降低在350 K和450 K,分别与熔化温度的原始体育预测一致,坐落在360 K左右。在这样的温度下，与300k时相比，PE材料在PE基体中具有更强的延展性和更高的AgNPs迁移率。随着拉伸应变的增加，AgNPs趋于接近，PE的断裂导致原始PE的杨氏模量和极限强度与PE/AgNP复合材料在350k和450k时的杨氏模量和极限强度相似。
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