[發明專利]一種耐高溫多巴胺包覆鈦酸鋇/聚酰亞胺（BT@PDA/PI）介電納米復合薄膜

在審

• 申請號: 201911160562.1
• 申請日: 2019-11-23
• 公開（公告）號: CN110713717A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 陳妍慧;吳志強;周會會;劉振國;張亮亮
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C08L79/08
• 分類號: C08L79/08;C08K9/10;C08K3/24;C08J5/18
• 代理公司: 32208 無錫市天宇知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 周舟

一種耐高溫多巴胺包覆鈦酸鋇/聚酰亞胺（BT@PDA/PI）介電納米復合薄膜，原料由以93?99vol%的聚酰亞胺（PI）為基體、1?7vol%的多巴胺包覆的鈦酸鋇納米粒子（BT@PDA）為填料組成，填料中鈦酸鋇（BT）納米顆粒與多巴胺（PDA）的體積配比為4?5：1；制備方法是在羥甲基氨基甲烷緩沖液（Tris）的環境中，用多巴胺鹽酸鹽溶液對BT納米顆粒進行包覆，制得具有核殼結構的BT@PDA納米顆粒，然后將其與PAA溶液機械共混，將BT@PDA/PAA共混體系真空除泡后，涂布成膜，再經高溫熱亞胺化，獲得復合介電薄膜。本發明中多巴胺層將BT納米顆粒包覆后，可改善BT顆粒在PI基體中的分布，降低BT納米顆粒間的團聚，增強和PI基體之間的界面粘結，減少復合材料內部的缺陷，從而使BT@PDA/PI納米復合薄膜在保持良好的力學性能的同時，獲得優異的介電性能。

技術領域

本發明涉及一種耐高溫聚酰亞胺介電納米復合材料及其制備方法，具體為一種具有高介電性能的陶瓷顆粒/聚酰亞胺納米復合薄膜及其制備方法，屬于高性能介電復合材料制備領域。

背景技術

在航空電子電氣和汽車工業、地下石油和天然氣勘探行業以及先進推進系統領域的應用中，要求電介質材料在150℃，甚至更高溫度環境下長期工作。目前，常用的聚合物電介質材料為雙軸拉伸聚丙烯（BOPP），雖具有優異的高擊穿強度（700MV/m），極低的損耗因子（0.0002），但其相對較低的介電常數（2.2）和有限的工作溫度（105℃以下）限制了其在高溫介電儲能領域的應用。因此，亟需開發可應用于極端環境下具有高介電常數且耐高溫的聚合物電介質薄膜電容器。聚酰亞胺（PI）是一種綜合性能十分優異的特種工程塑料，其玻璃化轉變溫度高（Tg>250℃），具有優異的熱穩定性，其耐高溫性能比BOPP好得多，被認為是最有潛力的高溫電容器用介質薄膜之一。與陶瓷電介質材料相比，PI具有相當低的介電損耗因子和高的介電擊穿強度，但其相對較低的介電常數導致其儲能密度低，極大地限制了其在高溫介電儲能領域的應用。

一般而言，為了提高PI的介電常數，在基體中引入高介電常數的陶瓷納米填料，如鈦酸鋇（BT）、二氧化鈦（TiO₂）、鈦酸鍶鋇（Ba_1-xSr_xTiO₃）等，是目前最常用且有效的方法。Dang等人通過原位聚合制備了BT/PI納米復合材料薄膜，含40vol%BT納米顆粒的復合薄膜介電常數提升到20，介電擊穿強度僅為67kV/mm。(Z.M. Dang, Y.Q. Lin, H.P. Xu, C.Y.Shi, S.T. Li, J.B. Bai, Adv. Funct. Mater. (2008) 18, 1509-1517)。他們還報道了一種具有高介電常數(49.1)和良好熱穩定性的鈦酸銅鈣(CCTO)/PI雜化膜。(Z.M. Dang,T. Zhou, S.H. Yao, J.K. Yuan, J.W. Zha, H.T. Song, J.Y. Li, Q. Chen, W.T.Yang, J.B. Bai. Adv. Mater. (2009) 21, 2077-2082)。拜爾等人將Ba_0.7Sr_0.3TiO₃納米晶與PAA共混，采用原位聚合法制備的復合材料表現出顯著提高的介電常數。(C.W. Beier,J.M. Sanders, R.L. Brutchey, J. Phys. Chem. C (2013) 117, 6958-6965)。直接向PI中引入陶瓷納米顆粒，雖然可有效地提升PI基復合材料的介電常數，但因納米顆粒之間易團聚，在PI基體中不易分散均勻，并且引入界面等問題，將大大降低PI的介電擊穿強度。