[發(fā)明專利]一種基于改性鈦酸鋇納米線原位聚合高介電薄膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010854972.2
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111995780B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊亞杰;李霞麗;楊雨萌;郭繼民;孫松;徐建華;涂丹;石柳蔚;周榆久
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L87/00;C08G83/00
• 代理公司: 北京知果之信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11541
• 代理人: 崔金

本申請?zhí)峁┮环N基于改性鈦酸鋇納米線原位聚合高介電薄膜的制備方法，包括以下步驟：通過兩步水熱法制備鈦酸鋇納米線；用多巴胺對步驟(1)所得鈦酸鋇納米線進(jìn)行表面修飾；在惰性環(huán)境中，將修飾后的鈦酸鋇納米線與異硫氰酸酯加入N?甲基吡咯烷酮溶液中攪拌進(jìn)行親核加成反應(yīng)，并向反應(yīng)液中加入4,4’?二氨基二苯甲烷進(jìn)行原位聚合反應(yīng)，將聚合反應(yīng)產(chǎn)物滴入甲醇中進(jìn)行提純，干燥得中間產(chǎn)物；將中間產(chǎn)物溶于N?甲基吡咯烷酮溶液中，混合攪拌均勻，將混合液流延在基板上成膜，干燥得所述薄膜；本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明所述制備方法所得薄膜在高電場下仍然能夠保持較高的充電?放電效率，有效提升了高介電薄膜的穩(wěn)定性以及介電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及介電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于改性鈦酸鋇納米線原位聚合高介電薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

隨著國家數(shù)字化社會的發(fā)展，未來的薄膜電容也朝著更高功率的方向發(fā)展。薄膜電容器具有絕緣阻抗高、頻率響應(yīng)寬和介質(zhì)損耗小等優(yōu)點，現(xiàn)已運(yùn)用到手機(jī)、電腦、家電和音響等方面，目前我國薄膜電容器用介質(zhì)薄膜材料主要為聚丙烯。

ArPTU作為一種非晶態(tài)玻璃相聚合物，據(jù)報道，聚硫脲的偶極矩為4.89Debye，使得聚硫脲比大多數(shù)傳統(tǒng)線性聚合物電介質(zhì)擁有更高的介電常數(shù)，大約為4.5。硫脲官能團(tuán)的大偶極矩可為電子和離子提供強(qiáng)散射，從而進(jìn)一步降低傳導(dǎo)損耗。由于非晶相結(jié)構(gòu)，ArPTU中的偶極耦合非常弱，即使在1GV/m 高電場下也沒有極化磁滯。ArPTU聚合物是完全無定形的，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于200℃，可以避免大的偶極矩形成電荷載流子的散射中心和陷阱，從而進(jìn)一步降低傳導(dǎo)損耗。

鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電陶瓷由于自發(fā)極化而具有高達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千的固有高介電常數(shù)。鈦酸鋇作為一種常見的鐵電材料，具有較高的介電常數(shù)。在陶瓷/ 聚合物復(fù)合體系中，介電性能依賴于填料的尺寸、濃度、以及形狀等。對于球形納米級填料，由于其較高的表面能，它們趨于團(tuán)聚以形成更穩(wěn)定的較低能量狀態(tài)，導(dǎo)致在聚合物基質(zhì)中的分散性較差。與此相比，一維納米線由于其高的縱橫比特性，在介電和儲能應(yīng)用中顯示出更高的儲能特性。

若直接將高介電常數(shù)的陶瓷材料直接加入到聚合物中，由于較大的電氣失配，導(dǎo)致整個復(fù)合材料的電場分布不均勻，復(fù)合膜擊穿強(qiáng)度大幅度降低。故此，我們通過一種原位聚合的方法，用以改善界面相容性，從而調(diào)節(jié)局部界面電學(xué)和介電行為。

發(fā)明內(nèi)容

本申請的主要目的為提供一種基于改性鈦酸鋇納米線原位聚合高介電薄膜的制備方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于改性鈦酸鋇納米線原位聚合高介電薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)通過兩步水熱法制備鈦酸鋇納米線；

(2)用多巴胺對步驟(1)所得鈦酸鋇納米線進(jìn)行表面修飾；

(3)在惰性環(huán)境中，將修飾后的鈦酸鋇納米線與異硫氰酸酯加入N-甲基吡咯烷酮溶液中攪拌進(jìn)行親核加成反應(yīng)，并向反應(yīng)液中加入4,4’-二氨基二苯甲烷進(jìn)行原位聚合反應(yīng)，將聚合反應(yīng)產(chǎn)物滴入甲醇中進(jìn)行提純，干燥得中間產(chǎn)物；

(4)將中間產(chǎn)物溶于N-甲基吡咯烷酮溶液中，混合攪拌均勻，將混合液流延在基板上成膜，干燥得所述基于改性鈦酸鋇納米線原位聚合高介電薄膜。

本發(fā)明所述基于改性鈦酸鋇納米線原位聚合高介電薄膜的制備方法，位于異硫氰酸酯中-N＝C＝S中的C有高度的親電性，能夠與氨基、羥基、硫醇、羧酸等親核試劑發(fā)生親核加成反應(yīng)，將異硫氰酸酯與改性后的鈦酸鋇納米線上的氨基進(jìn)行反應(yīng)，這樣會將異硫氰酸酯接枝在鈦酸鋇納米線表面，4,4’-二氨基二苯甲烷的加入，4,4’-二氨基二苯甲烷會與未反應(yīng)的異硫氰酸酯發(fā)生原位聚合反應(yīng)生成聚硫脲，使得有機(jī)物成功包覆在無機(jī)物的表面。

上述基于改性鈦酸鋇納米線原位聚合高介電薄膜的制備方法，作為一種優(yōu)選的實施方案，步驟(1)中，兩步水熱法制備鈦酸鋇納米線的方法為：