本發(fā)明涉及全有機(jī)聚合物絕緣，具體涉及一種具有夾層結(jié)構(gòu)的聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)儲(chǔ)能型全有機(jī)復(fù)合薄膜的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展以及綠色低碳轉(zhuǎn)型等戰(zhàn)略目標(biāo)，以及高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略要求下，產(chǎn)業(yè)升級(jí)與產(chǎn)品質(zhì)量提升是重要方向。介質(zhì)電容器是眾多高端電子產(chǎn)品中的核心元件，它的性能直接決定了設(shè)備的效率、可靠性和穩(wěn)定性，在國(guó)家的高質(zhì)量發(fā)展中起到重要推動(dòng)作用。

2、以固態(tài)電介質(zhì)材料為介質(zhì)層的介電電容器具有超高的功率密度，被廣泛應(yīng)用于高功率電子設(shè)備、新能源汽車(chē)和電網(wǎng)存儲(chǔ)系統(tǒng)等領(lǐng)域。相比于無(wú)機(jī)介質(zhì)電容器，聚合物基介質(zhì)電容器因擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、介質(zhì)損耗低、可加工性強(qiáng)等特點(diǎn)而備受青睞，為薄膜電容和埋入式電容的微觀(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與宏觀(guān)性能調(diào)控提供了更廣泛的空間。但純聚合物介質(zhì)的儲(chǔ)能密度普遍偏低，極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合以及進(jìn)一步的發(fā)展。例如，商用介質(zhì)電容器最典型的代表，雙向拉伸聚丙烯(bopp)，由于其儲(chǔ)能密度僅為2-3j/cm3。單一有機(jī)電介質(zhì)材料電容器已經(jīng)限制了介質(zhì)薄膜電容器朝著微型化/智能化方向發(fā)展，因此，具有更高儲(chǔ)能密度復(fù)合有機(jī)材料的探索與研究有著重要意義。

3、根據(jù)聚合物電介質(zhì)的聚合物基體分子的平均偶極矩值的大小，可以將聚合物劃分為非極性聚合物和極性聚合物。典型非極性電介質(zhì)聚合物有聚乙烯(pe)、聚四氟乙烯(ptfe)和聚丙烯(pp)等。鑒于非極性電介質(zhì)聚合物具有較低的介電性能和儲(chǔ)能性能，研究者將目光聚焦在具有高介電常數(shù)和儲(chǔ)能密度的極性聚合物材料上，包括聚酰亞胺(pi)、聚氯乙烯(pvc)、聚氨酯(pu)和聚四氟乙烯(ptfe)。鐵電聚合物的研究是其中熱點(diǎn)之一，其中聚偏二氟乙烯(pvdf)因其較強(qiáng)的極性和高介電常數(shù)(8～12)，具有成為新型高儲(chǔ)能聚合物薄膜的潛力。然而，pvdf的鐵電性導(dǎo)致的能量損耗、高介電損耗、滯后效應(yīng)和剩余極化等因素，這些特性使得pvdf在充放電循環(huán)過(guò)程中存在明顯的能量損耗，從而降低了整體儲(chǔ)能效率。聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)(p(vdf-hfp))通過(guò)將pvdf與六氟丙烯(hfp)共聚得到的一種含氟聚合物。不僅保留了較高的介電常數(shù)，通過(guò)引入hfp單元，破壞了pvdf的高結(jié)晶度和β相晶體結(jié)構(gòu)，降低了其鐵電性。同時(shí)，降低材料中的電荷滯留效應(yīng)，減少損耗，提升儲(chǔ)能器件的效率。

4、關(guān)于復(fù)合介質(zhì)宏觀(guān)結(jié)構(gòu)對(duì)其性能影響的研究也是近年研究的熱點(diǎn)之一，主要包含單層結(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)、濃度梯度結(jié)構(gòu)等。夾層結(jié)構(gòu)其核心思想是在兩個(gè)高極化層間插入一個(gè)擊穿強(qiáng)度高的絕緣層，阻止了極化層擊穿路徑的發(fā)展，致使材料獲得高的擊穿強(qiáng)度。相較于多層結(jié)構(gòu)和濃度梯度結(jié)構(gòu)，具有更少的界面和層間缺陷，有助于降低介電損耗和電荷泄露。同時(shí)，電場(chǎng)優(yōu)化較容易通過(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化和控制，避免局部過(guò)強(qiáng)的電場(chǎng)集中，降低擊穿風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)有聚合物薄膜制備技術(shù)中，旋涂法、熱壓法、靜電紡絲法和溶液流延法為目前常用的四種方法。旋涂法主要是靠離心力將聚合物溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在基板上成膜，薄膜厚度偏薄，分布均勻性差。熱壓法是將聚合物原料加熱到熔點(diǎn)以上，在壓力驅(qū)動(dòng)下聚合物溶液沿模具方向擴(kuò)展，從而制備成聚合物薄膜，其所需流程多，升溫保壓冷卻過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)。靜電紡絲法是在電場(chǎng)作用下，聚合物溶液從注射器頂部針頭處均勻擠出，材料呈現(xiàn)纖維絲狀，但需要結(jié)合其他工藝后方可制備成致密結(jié)構(gòu)聚合物薄膜。溶液流延法是通過(guò)將聚合物溶液均勻涂覆在基底上，溶劑揮發(fā)后形成薄膜，對(duì)于更高精度或特殊功能的薄膜，可能需要結(jié)合其他技術(shù)如pvd、cvd等進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，而提供一種具有夾層結(jié)構(gòu)的聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)儲(chǔ)能型全有機(jī)復(fù)合薄膜的制備方法及應(yīng)用。

2、一種具有夾層結(jié)構(gòu)的聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)儲(chǔ)能型全有機(jī)復(fù)合薄膜的制備方法，按以下步驟進(jìn)行：

3、步驟s1：制備聚氯苯乙烯混合溶液；

4、將對(duì)氯苯乙烯溶液加熱和攪拌后，加入過(guò)氧化苯甲酰溶液，混合均勻后冷卻，得到聚氯苯乙烯混合溶液a；

5、步驟s2：制備聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)紡絲前驅(qū)體溶液；

6、將聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)顆粒加入到n,n-二甲基乙酰胺溶液中，在60～70℃的溫度條件下超聲分散和磁力攪拌，再抽真空，得到聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)紡絲前驅(qū)體溶液b；

7、步驟s3：制備聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)紡絲前驅(qū)體溶液；

8、將步驟s1中得到的聚氯苯乙烯混合溶液a加入到步驟s2中得到的聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)紡絲前驅(qū)體溶液b中，在60～70℃的溫度條件下超聲分散和磁力攪拌，再抽真空，得到聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)紡絲前驅(qū)體溶液c；

9、步驟s4：制備具有夾層結(jié)構(gòu)的聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)儲(chǔ)能型全有機(jī)復(fù)合薄膜；

10、將步驟s3中得到的聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)紡絲前驅(qū)體溶液c和步驟s2中得到的聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)紡絲前驅(qū)體溶液b，依次按照聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)紡絲前驅(qū)體溶液c、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)紡絲前驅(qū)體溶液b與聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)紡絲前驅(qū)體溶液c的體積比為1：1：1進(jìn)行靜電紡絲，得到濕膜d；將濕膜d干燥后進(jìn)行熱壓處理，最后冷卻，得到聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)/聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)/聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)復(fù)合薄膜，所述的復(fù)合薄膜的外層薄膜聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)中聚氯苯乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％、3％或5％。

11、一種具有夾層結(jié)構(gòu)的聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)儲(chǔ)能型全有機(jī)復(fù)合薄膜的應(yīng)用，所述的具有夾層結(jié)構(gòu)的聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)儲(chǔ)能型全有機(jī)復(fù)合薄膜在電氣、電子和新能源汽車(chē)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

12、本發(fā)明的有益效果：

13、(1)本發(fā)明具有夾層結(jié)構(gòu)的聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)儲(chǔ)能型全有機(jī)復(fù)合薄膜，通過(guò)靜電紡絲制備，聚偏氟乙烯(pvdf)作為一種常用的壓電材料，可通過(guò)電場(chǎng)誘導(dǎo)電荷的積累，同時(shí)聚氯苯乙烯的引入，提供較好的機(jī)械強(qiáng)度和柔性，并調(diào)節(jié)薄膜的孔隙結(jié)構(gòu)，使得其在較大表面積上增加電荷的儲(chǔ)存，提升儲(chǔ)能性能。

14、(2)本發(fā)明通過(guò)調(diào)整聚氯苯乙烯在pvdf中的比例、紡絲參數(shù)以及薄膜的結(jié)構(gòu)，能夠精確控制復(fù)合薄膜的物理和化學(xué)特性，使其滿(mǎn)足不同條件，如高溫、高壓下的需求。

15、(3)采用本發(fā)明方法制備的具有夾層結(jié)構(gòu)的聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)儲(chǔ)能型全有機(jī)復(fù)合薄膜具有優(yōu)異的介電性能和儲(chǔ)能性能，并且損耗降低，可以廣泛地應(yīng)用于電氣、電子和新能源汽車(chē)等先進(jìn)領(lǐng)域。

16、(4)本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，有效的節(jié)約了資源，，為開(kāi)發(fā)全有機(jī)復(fù)合介質(zhì)新的應(yīng)用途徑提供了一個(gè)很好的策略。

17、本發(fā)明可獲得一種具有夾層結(jié)構(gòu)的聚氯苯乙烯-聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)儲(chǔ)能型全有機(jī)復(fù)合薄膜的制備方法及應(yīng)用。