Dielectric loss reduction and validation of P(VDF-HFP) films via sandwiching film fabrication for capacitive energy storage

材料科学 耗散因子 聚醚酰亚胺 电介质 电容器 光电子学 高-κ电介质 介电损耗 复合材料 聚合物 电气工程 电压 工程类
作者
Xudong Wu,Yachin Ivry,Jiani Zheng,Pengmiao Zhang,Zhuojie Zheng,Daniel Q. Tan
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier]
卷期号:31: 101209-101209 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2022.101209
摘要

Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) series polymers have a high dielectric constant (k) among polymer families but a high intrinsic loss tangent disqualifying their capacitor application. In this work, Poly(vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) (P(VDF-HFP)) copolymer as the high-k dielectric layer is sandwiched between two low-k polyetherimide (PEI and PEI/BaTiO3) layers to construct the composite films with tunable dielectric responses. By changing the low-k layer thickness in the PEI/P(VDF-HFP)/PEI tri-layer structure, its characteristic of capacitors in series results in the moderate dielectric constant and dramatic reduction of loss tangent to a meaningful level for capacitor design. The loss tangent can be dramatically reduced to below 0.005 at 1 kHz using the thickness ratio of 1:1:1 from about 0.03 for P(VDF-HFP) film alone. The extraordinary dielectric response of the tri-layer structure is also accompanied by more than 2 times the higher energy density than that of the PEI film under the same electric field. The ingenious design of the low-k/high-k/low-k sandwiched polymers synergizes the high-k advantage of P(VDF-HFP) and low tangent loss of the low-k layer as well as their high dielectric strength. This work provides a meaningful and effective method for realizing PVDF-based polymers with reduced loss tangent for actual capacitor application.
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