通过添加Al2O3/SiO2纳米颗粒增强的聚（乙烯醇）/羟丙基甲基纤维素混合物在能量存储设备中的介电性能和物理性能得到提升

《International Journal of Biological Macromolecules》：Enhanced dielectric and physical properties of poly(vinyl alcohol)/hydroxypropyl methylcellulose blend reinforced with Al2O3/SiO2 nanoparticles for energy storage devices

　　

Mohammed Al-Yaari|A.Q. Alosabi

摘要

本文报道了基于聚乙烯醇（PVA）/羟丙基甲基纤维素（HPMC）混合物的纳米复合聚合物电解质薄膜的制备与性能表征，该混合物中掺入了不同比例的Al₂O₃/SiO₂纳米颗粒，采用溶液浇铸法制备。XRD分析表明α-Al₂O₃纳米颗粒具有多晶结构，而SiO₂纳米颗粒呈非晶态。所得纳米复合薄膜呈现半晶结构，且随着Al₂O₃/SiO₂纳米颗粒含量的增加，其结晶度降低。TEM分析显示Al₂O₃和SiO₂纳米颗粒的平均粒径分别为139.5?±?40?nm和12.9?±?4.2?nm。SEM观察发现薄膜表面形态发生了显著变化。FTIR光谱证实PVA与HPMC之间具有良好的相容性和均匀混合性，并且聚合物与填料之间存在强烈的相互作用。UV–Vis光谱显示，随着纳米填料浓度的增加，材料的吸光度增强。本文还测定了光学参数（E_g、n和R_L），并分析了它们的变化规律：随着纳米填料浓度（0–4?wt%）的增加，直接和间接光学带隙能量分别从5.05?eV和2.78?eV降低到3.74?eV和0.48?eV。宽带介电谱（0.1?Hz–20?MHz）显示，与纯混合物相比，纳米复合薄膜的交流导电率和介电性能显著提高。含有4?wt% Al₂O₃/SiO₂的样品具有最高的直流导电率，达到1.34?×?10^?10?S/cm。Nyquist图显示出了典型的半圆形弧线和线性尾部，分别对应于体介电松弛和电极极化现象。总体而言，这些结果表明所制备的纳米复合材料在电容器和柔性储能应用中具有广阔的应用前景。