[發明專利]一種復合電介質材料的制備方法及復合電介質材料

在審

• 申請號: 201811325527.6
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109593218A
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 解云川;張志成;譚少博;王健;劉晶晶
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L51/00;C08K7/00;C08K3/34;C08K9/06;C08K7/08;C08K9/04;C08K3/38
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

本申請屬于電子材料技術領域，特別是涉及一種復合電介質材料的制備方法及復合電介質材料。目前廣泛研究的具有高儲能性能的復合電介質材料通常采用鐵電聚偏氟乙烯基聚合物基體以及鐵電陶瓷粒子進行復合制備，這導致復合電介質材料的低儲能密度及高能量損耗。本申請提供一種復合電介質材料的制備方法，包括如下步驟：a.聚合物基體接枝改性；b.無機粒子表面功能化改性；c.聚合物基體與無機粒子共混預制成膜；d.預制膜的拉伸。該復合材料具有較高介電常數及擊穿場強，從而其儲能密度值有所提升，同時，由于聚合物基體自身損耗的降低及高絕緣二維粒子取向排列引發的漏導電流的減小，會賦予最終復合電介質高的儲能密度及能量釋放效率。

技術領域

本申請屬于電子材料技術領域，特別是涉及一種復合電介質材料的制備方法及復合電介質材料。

背景技術

電介質包括氣態、液態和固態等范圍廣泛的物質，也包括真空。固態電介質包括晶態電介質和非晶態電介質兩大類，后者包括玻璃、樹脂和高分子聚合物等，是良好的絕緣材料。凡在外電場作用下產生宏觀上不等于零的電偶極矩，因而形成宏觀束縛電荷的現象稱為電極化，能產生電極化現象的物質統稱為電介質。

高性能儲能電容器用電介質材料不僅需要具有高的儲能密度，還需要有高的放電效率。由材料儲能密度的計算公式U_e＝1/2ε_rε₀E²可知：高的儲能密度需要材料同時具備高的介電常數及高的擊穿場強。單一材料，無論聚合物或陶瓷，均不同時具有以上特性。通常，選用具有高介電常數的鐵電陶瓷和具有高擊穿場強的聚合物進行混合制備復合材料，以期結合陶瓷和聚合物材料各自的優勢，從而獲得輕質、小體積、低成本的高儲能復合電介質材料。

現有聚合物基復合電介質常采用PVDF基聚合物基體，以利用其高且可調節的介電常數(10～100)以及高擊穿場強。而陶瓷粒子往往采用具有高介電常數的鐵電陶瓷，如鈦酸鋇基陶瓷粒子。經過近年來的研究，該復合體系在高儲能領域取得了較大進展，如制備了具有較高儲能密度(10～30J/cm³)的復合電介質材料；然而，該復合體系由于采用具有鐵電特性的PVDF基聚合物以及鐵電陶瓷粒子為組分，通常具有較高的能量損耗，其能量釋放效率為40～60％左右，遠低于高性能儲能電容器的需求。這是由于兩相組分自身電場極化特性造成，鐵電PVDF基聚合物具有較大的極化弛豫損耗，而兩相之間電性能的差異也使得復合電介質中電場分布不均勻，離子漏導較大，這些都導致最終材料的損耗值較高。高的損耗不僅使得電介質儲能效率降低，還可轉化為熱而破壞介質使其失效。

發明內容

1.要解決的技術問題

基于現有聚合物基復合電介質常采用PVDF基聚合物基體，以利用其高且可調節的介電常數(10～100)以及高擊穿場強。而陶瓷粒子往往采用具有高介電常數的鐵電陶瓷，如鈦酸鋇基陶瓷粒子。經過近年來的研究，該復合體系在高儲能領域取得了較大進展，如制備了具有較高儲能密度(20～30J/cm³)的復合電介質材料；然而，該復合體系由于采用具有鐵電特性的PVDF基聚合物以及鐵電陶瓷粒子為組分，通常具有較高的能量損耗，其能量釋放效率為40～60％左右，遠高于高性能儲能電容器的需求。這是由于兩相組分自身電場極化特性造成，鐵電PVDF基聚合物具有較大的極化弛豫損耗，而兩相之間電性能的差異也使得復合電介質中電場分布不均勻，離子漏導較大，這些都導致最終材料的損耗值較高。高的損耗不僅使得電介質儲能效率降低，還可轉化為熱而破壞介質使其失效的問題，本申請提供了一種復合電介質材料的制備方法及復合電介質材料。

2.技術方案

為了達到上述的目的，本申請提供了一種復合電介質材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：