[發明專利]一種BT納米顆粒/再生纖維素/PVDF復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210101828.0
• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114381079A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 孫梓雄;劉佳奇;張素風
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08L1/02;C08K3/24;C08J5/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種BT納米顆粒/再生纖維素/PVDF復合材料及其制備方法。在制備出再生纖維素/PVDF復合材料后，加入鈦酸鋇納米粒子并使納米粒子均勻分散在再生纖維素/PVDF基體中。本發明的思路簡單清晰，所制備的產品保留了纖維素的機械性能，在改善纖維素介電材料的介電性能的同時，借助PVDF的強電負性，實現了各組分之間的緊密接觸，通過各組分之間的協同作用，能夠有效增加復合薄膜的介電性能，獲得超高的儲能密度、力學性能及環境友好性。具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于電介質電容器領域，具體涉及一種BT納米顆粒/再生纖維素/PVDF復合材料及其制備方法。

背景技術

近年來，能量存儲器件的研發受到全世界科技人員的愈發關注。研究最多的四類儲能器件分別是鋰離子電池、超級電容器、燃料電池以及電介質電容器。一般來說，衡量能源存儲材料有兩個重要指標，一是能量密度，二是功率密度，能量密度是指單位體積的材料能存儲的能量，功率密度是指單位時間所能放出的能量大小，電介質電容器擁有最高的功率密度而備受矚目。

根據介電材料的狀態，可分為陶瓷塊體、陶瓷外延薄膜與陶瓷-聚合物復合薄膜三類，其中，聚合物薄膜具有柔性、高的擊穿場強等優點備受研究人員青睞。以往的陶瓷-聚合物復合電介質采用石油基聚合物如BOPP、PET、PPS等為基體，通過對這些石油基聚合物進行二元、三元共聚物等方法進行性能調節。但這些高聚物廢棄后會對環境造成不可逆的影響以及這些聚合物能量密度普遍不高制約著陶瓷-聚合物復合電介質的發展。

近年來，研究人員在提高陶瓷-聚合物電介質儲能方面做了很多工作。其中將介電常數高的陶瓷粉體加入到耐擊穿場強高的聚合物基體中，通過調節填料-基體的相容性來提高陶瓷-聚合物復合材料的儲能密度是最有前景的方法。在復合電介質中，鈣鈦礦等結構的陶瓷粉體提供高的介電常數而聚合物基體提供高的擊穿場強，二者相互促進，共同增加電介質材料的儲能密度。

作為地球上儲量最豐富的天然聚合物纖維素，由于其綠色、可降解、機械性能好近年來被廣泛關注，若要將纖維素應用在柔性儲能方面還需要考慮以下幾點：1、纖維素源的選取保證制備的介電薄膜具有足夠的機械強度且保證柔韌性；2、傳統紙電容循環效率差、擊穿場強低，導致儲能密度低。迫切需要提高其循環效率及增大擊穿場強；3、在BT納米粒子和PVDF加入至纖維素時，如何調控三者的比例以達到儲能性能最優。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種BT納米顆粒/再生纖維素/PVDF復合材料及其制備方法。以解決現有技術中電介質所使用的全石油基化合物廢棄后對環境的污染、薄膜機械性能不佳，同時解決傳統純紙(纖維素)電容在充放電過程中的低效率、對水的極易吸收性導致的介電性能劣化的缺點的問題。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種BT納米顆粒/再生纖維素/PVDF復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將棉短絨加入至DMAc溶液中，攪拌后從DMAc溶液中取出浸濕的棉短絨，將浸濕的短棉絨在真空條件下干燥處理，得到棉短絨纖維素；

步驟2，將棉短絨纖維素放置于DMAc和LiCl的混合溶液中，在80～120℃攪拌后，在室溫下攪拌獲得再生纖維素溶液；

步驟3，將PVDF粉末加入至DMAc和LiCl的混合溶液中，攪拌后獲得PVDF溶液；

步驟4，將步驟3得到的PVDF溶液和步驟2得到的纖維素溶液以質量比以1：(0.1～20)混合并攪拌，得到再生纖維素/PVDF混合溶液；

步驟5，將BT納米顆粒加入到再生纖維素/PVDF混合溶液中，超聲攪拌后，得到懸濁混合液；

步驟6，將懸濁混合液注入至導料板上，通過刮刀在玻璃板上流延制成薄膜；