[發明專利]一種多層級納米結構復合電介質和柔性復合電介質材料及制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211405674.0
• 申請日: 2022-11-10
• 公開（公告）號: CN115895354A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 胡海龍;張帆;岳建嶺;羅世彬;張斗
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C09D127/16
• 分類號: C09D127/16;C09D7/62;C08J7/04;C08L67/02;H01G4/12
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉

本發明公開了一種多層級納米結構復合電介質和柔性復合電介質材料及制備方法和應用。多層級納米結構復合電介質由納米TiOsubgt;2/subgt;包覆在納米BaTiOsubgt;3/subgt;表面構成的多層級納米結構TiOsubgt;2/subgt;@BaTiOsubgt;3/subgt;分散在鐵電聚合物基體中形成；其制備方法是將納米BaTiOsubgt;3/subgt;與鈦酸酯酸性水溶液混合進行水熱反應，得到多層級納米結構TiOsubgt;2/subgt;@BaTiOsubgt;3/subgt;，將多層級納米結構TiOsubgt;2/subgt;@BaTiOsubgt;3/subgt;與鐵電聚合物通過液相混合，得到多層級納米結構復合電介質。該多層級納米結構復合電介質具有儲能密度高、制冷功率密度高，能夠替代傳統的制冷介質(氟利昂等空氣壓縮介質)應用于高端柔性器件制冷，或者應用于介電儲能器件。

技術領域

本發明涉及一種多層級納米結構復合電介質及柔性復合電介質材料，還涉及其制備方法和作為介電材料或制冷材料的應用，屬于介電儲能和制冷材料技術領域。

背景技術

介電材料電容器相比于傳統的電池等電化學系統具有更高的充放電速度，具有儲能功率密度高、充放電速率快、抗衰退循環、適用于極端環境和性能穩定等特征，能夠滿足新時期能源的使用要求。然而，介電儲能密度一直很難有顯著提高，如文獻(CompositesPart?B?178(2019)107459)公開了對介電電容器的介電性能提升，然而儲能密度較低，究其原因，由于儲能材料中高介電常數和高擊穿強度難以同時兼顧，擊穿強度高的有機材料其介電常數不高，介電常數高的無機材料其擊穿強度不高。

此外，鐵電納米復合材料電介質報道的電卡效應，已作為新興研究的相變機制實現固態制冷。尋求綠色、環保、低能耗的替代制冷方案已經成為學術界和工業界共同努力的方向，特別是當前我國高端制冷壓縮機技術仍然欠缺，探索新的制冷技術方案則有望從根源上解決該技術領域的卡脖子問題。鐵電納米復合材料電卡效應，通過綜合高分子聚合物具備的高擊穿強度和鐵電陶瓷材料具備的高介電常數(高極化)等優點，文獻(ACSAppl.Mater.?Interfaces?2021,13,39,46681–46693)公開了將具有高擊穿強度的聚合物與高介電常數的鐵電陶瓷復合，實現了制冷功率密度的大幅度提升，然而其制冷效率有待提升。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的第一個目的是在于提供一種多層級納米結構復合電介質，其具有制冷功率密度和效率高，且同時具有介電常數和儲能密度高等優點。

本發明的第二個目的是在于提供一種柔性復合電介質材料，其不但具有柔性，而且具有制冷功率密度和效率高，同時具有介電常數和儲能密度高等優點，可大規模應用于柔性電容器或電子芯片制冷器件。

本發明的第三個目的是在于提供一種多層級納米結構復合電介質的制備方法，該方法操作簡單，成本低，有利于規模化生產。

本發明的第四個目的是在于提供一種柔性復合電介質材料的制備方法，該方法易于操作，原料成本低，有利于工業化生產。

本發明的第五個目的是在于一種多層級納米結構復合電介質作為介電材料在介電電容器中的應用，其可以制成柔性復合電介質材料，且同時具有介電常數和儲能密度高等優點，可以廣泛應用于介電電容器實現儲能。

本發明的第六個目的是在于提供一種多層級納米結構復合電介質作為制冷材料在電子器件制冷方面的應用，其具有制冷功率密度高和制冷效率高等特點，能夠替代傳統的氟利昂制冷材料應用于常規的生活制冷，且可用于電子芯片制冷，實現了電子芯片降溫，避免由于過熱或熱集中引發的影響性能穩定性的難題。