[發明專利]一種陶瓷/聚合物復合材料、制備方法及應用

有效

• 申請號: 201611047103.9
• 申請日: 2016-11-21
• 公開（公告）號: CN106751242B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 羅行;張斗;陳盛;周科朝
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08K9/04;C08K9/02;C08K9/06;C08K7/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 魏娟

本發明公開了一種陶瓷/聚合物復合材料，由表面原位修飾有剛性聚合物的陶瓷和聚合物基體復合而成。所述表面原位修飾為通過陶瓷表面官能化、鏈轉移、單體聚合步驟在陶瓷的表面原位聚合形成剛性聚合物。此外，本發明還提供了所述的陶瓷/聚合物復合材料的制備方法和應用。本發明中，通過表面原位修飾有所述聚合物，可實現不增加復合中無機填料含量條件下提高介電復合材料介電常數；且所述的修飾層可精準調控，可有效克服陶瓷和有機高分子材料相容性不好和混合不均勻的等問題，為研究介電復合材料中界面效應提供了量化的科學基礎。

技術領域

本發明涉及陶瓷/聚合物復合材料技術領域，具體涉及一種陶瓷/聚合物復合材料、制備方法以及精準調控所述界面層厚度以用來調控所述的陶瓷/聚合物復合材料的介電常數及儲能密度等的應用。

背景技術

陶瓷/聚合物介電復合材料廣泛應用于可再生能源系統和電子、電氣等領域，因而在科學研究和商業應用等方面引起了極大的興趣。介電復合材料中填充的陶瓷粉末一般具有納米尺度，陶瓷顆粒和聚合物基體之間的界面區域面積非常大，并成為復合材料中主要的一部分，因此復合物中的界面性質成為影響其性能的最主要因素之一。

為獲得更大的界面面積，制得介電常數高、抗擊穿電場值、儲能密度等良好性能的陶瓷/聚合物復合物，除了填充具有納米尺度的陶瓷顆粒外，還需要改善陶瓷顆粒在復合物中分散不均勻和相容性差的問題，這些問題將嚴重影響復合物的抗擊穿電場值，從而限制了復合材料儲能密度的提高。針對這些問題，在過去的十幾年里，研究者針對上述問題致力于陶瓷顆粒表面修飾。常見的表面修飾劑主要包括采用多巴胺、雙氧水、硅烷偶聯劑、聚乙烯醇及聚乙烯吡咯烷酮等。

現有的修飾方法大都是在陶瓷顆粒表面吸附或者包覆柔性小分子或聚合物，形成一層樹脂層，然而該樹脂層厚度通常保持在較低的值，比如2～6nm，無法有效地將整個被修飾的陶瓷粒子包裹，上述的問題無法得到顯著改善。

另外，為改善介電復合材料的介電常數，現有技術中，大多通過提高陶瓷顆粒的含量的等方法實現；然而，當前報道的陶瓷/聚合物復合物介電常數仍然限制在較低的水平，還無法滿足實際應用的要求。可見單純依靠添加高介電常數的陶瓷顆粒來獲得高性能的介電常數并不是一種最有效的辦法，因此迫切需要開發新的方法來進一步提高復合物的介電常數。

因此，現有報道的修飾劑大多以有機小分子和柔性聚合物為主，修飾后陶瓷顆粒表面的柔性分子鏈，往往是以無規則線團、相互纏繞的狀態坍塌在被修飾的陶瓷顆粒表面，其修飾層的厚度及其平整度無法被精確控制；難于改善陶瓷/聚合物復合材料的介電電常數較低、儲能密度不高的問題。

綜上所述，現有的介電復合材料的一直無法得到精確控制，其成為研究復合物材料中界面效應與材料性能間本質聯系的瓶頸問題。

發明內容

為解決現有陶瓷/聚合物復合材料的陶瓷(本發明也稱為陶瓷顆粒或陶瓷材料)的修飾層呈無規則線團、相互纏繞、狀態坍塌、介電常數較低、儲能密度不高、修飾界面層的厚度無法精準調控等技術問題，本發明提供了一種陶瓷/聚合物復合材料，旨在改善陶瓷在聚合物基體的分散性能及調控修飾層的修飾效果，以實現提高復合材料的介電常數及儲能密度等目的。

本發明還包括所述的瓷/聚合物復合材料的制備方法，旨在精確調控陶瓷表面的修飾層厚度。

此外，本發明還包括所述的瓷/聚合物復合材料的應用方法。

一種陶瓷/聚合物復合材料，由表面原位修飾有剛性聚合物的陶瓷和聚合物基體復合而成。

剛性聚合物分子鏈由于存在強大的空間效應，會迫使主鏈形成伸直構型，其長度與分子量大學直接相關。通過原位聚合可以在陶瓷表面接枝分子量分布窄的剛性聚合物，因而可以準確調控陶瓷表面修飾的聚合物的厚度。通過調節陶瓷表面顆粒修飾層厚度，一方面可以改善陶瓷在復合物中的分散性和相容性，另一方面還可以調節陶瓷/聚合物復合材料中的界面極化，從而提供了一種不改變陶瓷含量條件下調控復合物介電和儲能特性的新方法。