本發(fā)明涉及電介質(zhì)儲(chǔ)能材料，尤其涉及一種聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著電子設(shè)備的快速發(fā)展，對(duì)電介質(zhì)儲(chǔ)能材料的要求也越來(lái)越高。聚合物電介質(zhì)材料因其良好的加工性能和耐壓強(qiáng)度在電介質(zhì)儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的聚合物材料在高能量密度存儲(chǔ)方面仍存在挑戰(zhàn)，如介電常數(shù)低，絕大部分聚合物的介電常數(shù)集中在2-4。電介質(zhì)材料的儲(chǔ)能密度ue＝1/2kε0e2(與介電常數(shù)k、電場(chǎng)e的平方成正比)。對(duì)聚合物基電介質(zhì)材料來(lái)說(shuō)，其k值主要來(lái)源于偶極化。過(guò)去數(shù)十年，提高聚合物基電介質(zhì)k值的基本思路就是增加偶極子密度。研究人員通過(guò)高體積分?jǐn)?shù)(>10vol％)填充高k填料(k值比聚合物基體高100倍)增加偶極子密度的方式，顯著提高了聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的k值。但是，高k填料與聚合物基體之間巨大的介電差異，會(huì)引起電介質(zhì)薄膜擊穿場(chǎng)強(qiáng)降低，高體積分?jǐn)?shù)填料也會(huì)導(dǎo)致復(fù)合電介質(zhì)機(jī)械性能惡化，從而使其難以實(shí)際應(yīng)用。因此，如何在提高電介質(zhì)材料k值的同時(shí)，而不損害其擊穿場(chǎng)強(qiáng)和機(jī)械性能，已成為學(xué)術(shù)界與工業(yè)界共同關(guān)注的問(wèn)題。

2、所以，目前關(guān)于聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的相關(guān)技術(shù)，仍亟待于進(jìn)一步完善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出了一種以低體積分?jǐn)?shù)的納米/亞納米填料填充的聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法，在實(shí)現(xiàn)聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料高儲(chǔ)能密度的同時(shí)，確保其具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，解決了純聚合物電介質(zhì)薄膜因k值過(guò)低而難以有效提升薄膜電容器儲(chǔ)能密度的關(guān)鍵問(wèn)題，為實(shí)際應(yīng)用提供了可行的解決方案。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供了一種聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法，包括如下步驟：

4、選取聚合物基體和填料，將所述填料分散在所述聚合物基體中，所述填料所占的體積分?jǐn)?shù)<1％，得到混合物；

5、將得到的所述混合物，使用成膜方法，制備成聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料。

6、在此方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述填料的體積分?jǐn)?shù)<1％。

7、在此方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述填料的尺寸包括納米和亞納米。

8、在此方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述填料的粒徑尺寸為0.1-50納米。

9、在此方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述填料的形狀包括顆粒、線、棒以及片狀。

10、在此方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述填料為無(wú)機(jī)填料。

11、在此方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，包括氧化物、氟化物或氮化物其中的一種。

12、在此方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述聚合物基體為線性偶極聚合物。

13、在此方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述聚合物基體包括聚酰亞胺(pi)、聚醚酰亞胺(pei)、聚碳酸酯(pc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚苯乙烯(ps)、聚亞芳基醚脲(peeu)、聚醚醚酮(peek)。

14、在此方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，將所述填料分散在所述聚合物基體中，聚合物基體的濃度范圍為0.05g/ml～0.5g/ml。

15、在此方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，將所述填料分散在所述聚合物基體中，其中分散的方法包括超聲、攪拌、超聲破碎、超聲攪拌、以及原位生成。

16、在此方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述將得到的所述混合物，使用溶液流延成膜方法，將所述混合物制備成聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料。

17、在此方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述流延成膜的方法，在流延后的薄膜在80℃烘干溶劑后即可。

18、本發(fā)明的一種聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

19、自由體積是聚合物無(wú)定形區(qū)的納米/亞納米孔洞，以至少2.5％的體積占比存在于聚合物中。從結(jié)構(gòu)上看，自由體積是聚合物中分子鏈段間無(wú)規(guī)分布的空穴；從分子運(yùn)動(dòng)上看，它是分子鏈段運(yùn)動(dòng)所需的空間。因此，通過(guò)調(diào)控聚合物基體的自由體積，降低偶極基團(tuán)的轉(zhuǎn)換勢(shì)壘，有望為高k值聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的研發(fā)提供良好的解決方案；本發(fā)明通過(guò)選擇合適的納米/亞納米填料和聚合物基體，并控制填料的低體積分?jǐn)?shù)，能夠在保持聚合物基體良好機(jī)械性能的同時(shí)，顯著提高復(fù)合電介質(zhì)的儲(chǔ)能性能；該方法制備工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，有望在電介質(zhì)儲(chǔ)能領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，所述填料的粒徑尺寸為0.1-50納米。

3.如權(quán)利要求2所述的聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，所述填料的形狀包括顆粒、線、棒以及片狀。

4.如權(quán)利要求3所述的聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，所述填料為無(wú)機(jī)填料。

5.如權(quán)利要求4所述的聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，包括氧化物、氟化物或氮化物其中的一種。

6.如權(quán)利要求1所述的聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，所述聚合物基體為線性偶極聚合物。

7.如權(quán)利要求6所述的聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，包括聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚亞芳基醚脲、聚醚醚酮其中的一種。

8.如權(quán)利要求1所述的聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，將所述填料分散在所述聚合物基體中，聚合物基體濃度范圍為0.05g/ml～0.5g/ml。

9.如權(quán)利要求8所述的聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，將所述填料分散在所述聚合物基體中，其中分散的方法包括超聲、攪拌、超聲破碎、超聲攪拌以及原位生成。

10.如權(quán)利要求1所述的聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料的制備方法，包括以下步驟：選取聚合物基體和填料，設(shè)計(jì)所述填料的體積分?jǐn)?shù)；將所述填料分散在所述聚合物基體中，得到混合物；將得到的所述混合物，使用成膜方法，制備成聚合物基復(fù)合電介質(zhì)材料；本發(fā)明通過(guò)選擇粒徑尺寸為納米/亞納米的無(wú)機(jī)填料，以超低體積分?jǐn)?shù)與偶極聚合物基體復(fù)合，制備了介電儲(chǔ)能特性獲得顯著提高的聚合物基復(fù)合電介質(zhì)。這一技術(shù)不僅成功克服了傳統(tǒng)復(fù)合電介質(zhì)所面臨的難題，而且顯著提高了其儲(chǔ)能性能，同時(shí)具有廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：汪宏,牛玉娟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南方科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5