[發明專利]聚合物基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710137547.X
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN108570200B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 于淑會;丁善軍;羅遂斌;孫蓉
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08L63/00;C08K3/22;C08K3/30
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 黃志云

本發明提供了一種聚合物基復合材料，所述聚合物基復合材料包括如下重量份數的下列組分：聚合物基體400份；填料5?600份，其中，所述填料為異質結構顆粒，所述異質結構顆粒為兩種或兩種以上具有禁帶差異的原材料制成的晶粒，所述原材料為半導體和/或絕緣體。

技術領域

本發明屬于復合材料領域，尤其涉及一種聚合物基復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著經濟的快速發展，人類對能源的需求越來越大，因此，有關儲能技術受到廣泛的關注和應用。相比其他電子儲能裝置，介電電容器具有快速充放電能力和較高的功率密度，但是其儲能密度低于電化學儲能裝置至少一個數量級。就介電電容器而言，其儲能密度由介電常數和擊穿強度兩個重要因素決定，因此，為了提高儲能密度，主要解決的問題就是介電常數和擊穿強度。然而傳統的陶瓷顆粒僅僅具有極高的介電常數，但擊穿強度太低；而聚合物具有較高的擊穿強度，但介電常數偏低。為了克服這種困境，將聚合物和無機陶瓷顆粒進行復合是個極好的解決方法。高介電、高擊穿強度的聚合物基復合材料綜合了傳統的無機材料和聚合物的優點，聚合物基復合材料具有高的儲能密度、減小尺寸、柔性、加工簡單、成本低廉、利于大規模生產等特性，引起廣泛關注和研究。

目前，由無機陶瓷顆粒和聚合物基體復合制備的復合材料提高其儲能密度受介電常數和擊穿強度等因素制約，存在如下缺點：(1)在高含量填料的情況下，能夠獲得較高的介電常數，但材料的擊穿強度在此時很難保障，不能同時達到高介電高擊穿強度的性能。基于高含量填料的陶瓷顆粒/聚合物復合材料可以獲得比較高的介電常數，此方面獲得了較多的研究。但是，一個重要問題并沒有得到解決，即在高含量下，雖然提高了介電常數，但是擊穿強度和儲能密度急劇下降。陶瓷顆粒/聚合物復合材料耐壓性能受填料的顆粒、形狀、在基體中的分散情況等因素的影響，填料的含量越高材料的電導率變化越急劇，這給材料性能的提高帶來極大的阻礙和挑戰。(2)在高填料含量下的情況下，陶瓷顆粒/聚合物復合材料的耐壓性能降低，漏電流難以控制。根據目前控制聚合物基復合材料內部漏電流的解決方法，主要包括以下三種。第一種是對其分散性進行改進，比如常見的對顆粒表面進行接枝改性；第二種是顆粒表面包覆處理；第三種是復合材料做成三明治結構，中間層放置一層阻擋層等方法控制漏電流。以上方法雖然可以對漏電流有一定的抑制作用，但在高含量下，效果也是不盡人意。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在較高的填料含量時(30wt％或更高)的情況下，仍然保持較高的耐壓、儲能密度以及介電性能的聚合物基復合材料及其制備方法，旨在解決現有的由無機陶瓷顆粒和聚合物基體復合制備的復合材料，高含量填料的情況下，不能同時達到高介電高擊穿強度的性能、以及耐壓性能低、漏電流難以控制的問題。

本發明是這樣實現的，一種聚合物基復合材料，所述聚合物基復合材料包括如下重量份數的下列組分：

聚合物基體 400份；

填料 5-600份，

其中，所述填料為異質結構顆粒，所述異質結構顆粒為兩種或兩種以上具有禁帶差異的原材料制成的晶粒，所述原材料為半導體和/或絕緣體。

以及，一種聚合物基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

提供聚合物基體和異質結構顆粒；

將所述異質結構顆粒分散在有機溶劑中，超聲處理得到異質結構顆粒分散液；將所述聚合物基體置于有機溶劑中，攪拌處理，得到聚合物基體溶液；將所述異質結構顆粒分散液和所述聚合物基體溶液混合后，攪拌、超聲處理，得到混合漿料，所述混合漿料的濃度為95-105mg/ml；

將所述混合漿料沉積在潔凈基板上，熱處理后得到聚合物基體材料。