聚合物基杂化膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种聚合物基杂化膜及其制备方法和应用，所述聚合物基杂化膜的材料为改性陶瓷颗粒掺杂的聚合物；所述聚合物基杂化膜中，所述改性陶瓷颗粒的质量百分含量为5％～30％，所述聚合物的质量百分含量为70％～95％；所述改性陶瓷颗粒的表面有经过表面改性剂改性形成的有机改性层。这种聚合物基杂化膜的材料为改性陶瓷颗粒掺杂的聚合物，通过改性陶瓷颗粒的掺杂，提高了介电常数，同时增加了储能密度。与传统的聚合物基材料相比，这种聚合物基杂化膜的储能密度最高可以达到15kJ/L，储能密度较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新材料领域，特别是涉及一种聚合物基杂化膜及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，人们致力于发展具有较高介电性能的聚合物基复合材料。一方面，陶瓷电容器具有极高的介电常数，但是陶瓷介质较高的烧结温度使其工艺复杂、耗能大和柔韧性差。另一方面，目前所采用的高压电容器主要使用聚丙烯(PP)等纯高分子材料作为电介质层，这些材料具有很高的击穿场强(～300kV/mm)，但由于其介电常数很低(相对介电常数为2～3)，采用纯高分子材料制造的电容器储能密度低(1～2kJ/L)。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种储能密度较高的聚合物基杂化膜及其制备方法和应用。一种聚合物基杂化膜，所述聚合物基杂化膜的材料为改性陶瓷颗粒掺杂的聚合物；所述聚合物基杂化膜中，所述改性陶瓷颗粒的质量百分含量为5％～30％，所述聚合物的质量百分含量为70％～95％；所述改性陶瓷颗粒的表面有经过表面改性剂改性形成的有机改性层。在一个实施例中，所述聚合物选自聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯硫醚、环氧树脂和聚酰亚胺中的至少一种；所述改性陶瓷颗粒为钛酸钡、钛酸锶钡和CaCu3Ti4O12中的至少一种经过表面改性剂改性形成；所述表面改性剂为多巴胺、硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。在一个实施例中，所述改性陶瓷颗粒的粒径为50nm～500nm，所述有机改性层的厚度为1nm～5nm。在一个实施例中，所述聚合物基杂化膜的厚度为5μm～50μm。一种上述的聚合物基杂化膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚合物和改性陶瓷颗粒均匀混合后，加热熔融得到混合原料，其中，所述混合原料中，所述改性陶瓷颗粒的质量百分含量为5％～30％，所述聚合物的质量百分含量为70％～95％；对熔融的所述混合原料进行流延后得到流延膜；对所述流延膜依次进行拉伸和定型，得到半成品膜；以及对所述半成品膜进行切边和收卷，得到所述聚合物基杂化膜。在一个实施例中，所述改性陶瓷颗粒通过如下操作制得：将陶瓷颗粒置于浓度为0.001mol/L～0.01mol/L的表面改性剂溶液中，60℃～90℃下处理8h～24h后，得到所述改性陶瓷颗粒；所述表面改性剂溶液的溶质为多巴胺、硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。在一个实施例中，所述对熔融的所述混合原料进行流延后得到流延膜的操作为：将熔融的所述混合原料挤出后紧贴流延辊，在流延辊的转动和牵引下流延形成所述流延膜。在一个实施例中，所述对所述流延膜依次进行拉伸和定型，得到半成品膜的操作为：将所述流延膜依次经过预热辊、固定拉伸辊、移动拉伸辊、退火辊和冷却辊进行拉伸和定型，同时所述流延膜厚度减薄，得到厚度均匀的半成品膜。一种复合杂化膜，包括依次层叠的第一有机膜和上述的聚合物基杂化膜。在一个实施例中，还包括第二有机膜，所述第一有机膜、所述聚合物基杂化膜和所述第二有机膜依次层叠。这种聚合物基杂化膜的材料为改性陶瓷颗粒掺杂的聚合物，通过改性陶瓷颗粒的掺杂，提高了介电常数，同时增加了储能密度。与传统的聚合物基材料相比，这种聚合物基杂化膜的储能密度最高可以达到15kJ/L(8kJ/L～15kJ/L)，储能密度较高。这种聚合物基杂化膜可广泛应用于电容器等大功率静电储能器件。附图说明图1为一实施方式的聚合物基杂化膜的制备方法的流程图。具体实施方式下面主要结合附图及具体实施例对聚合物基杂化膜及其制备方法和应用做进一步的解释说明。一种实施方式的聚合物基杂化膜，材料为改性陶瓷颗粒掺杂的聚合物。聚合物基杂化膜中，改性陶瓷颗粒的质量百分含量为5％～30％，聚合物的质量百分含量为70％～95％。改性陶瓷颗粒的表面有经过表面改性剂改性形成的有机改性层。优选的，聚合物选自聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯硫醚、环氧树脂和聚酰亚胺中的至少一种。改性陶瓷颗粒为钛酸钡、钛酸锶钡和CaCu3Ti4O12中的至少一种经过表面改性剂改性形成。表面改性剂可以为多巴胺、硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。硅烷偶联剂可以为KH-550、KH-560、等。钛酸酯偶联剂可以为TMC-101、TMC-TTS、等。优选的，改性陶瓷颗粒的粒径为50nm～500nm，改性陶瓷颗粒表面的有机改性层的厚度为1nm～5nm。优选的，聚合物基杂化膜的厚度为5μm～50μm。这种聚合物基杂化膜的材料为改性陶瓷颗粒掺杂的聚合物，通过改性陶瓷颗粒的掺杂，提高了介电常数，同时增加了储能密度。与传统的聚合物基材料相比，这种聚合物基杂化膜的储能密度最高可以达到15kJ/L，储能密度较高。此外，这种聚合物基杂化膜，通过掺杂改性陶瓷颗粒，介电常数在聚合物基体的基础上提高了3倍，介电损耗保持在tanσ＜5％的较低水平，击穿场强也保持在较高水平(＞200kV/mm)。这种聚合物基杂化膜可广泛应用于电容器等大功率静电储能器件。如图1所示的上述聚合物基杂化膜的制备方法，包括如下步骤：S10、将聚合物和改性陶瓷颗粒均匀混合后，加热到200℃～400℃使聚合物熔融，得到混合原料。聚合物和改性陶瓷颗粒均匀混合的操作可以通过螺旋喂料的方式完成，聚合物和改性陶瓷颗粒分别从主喂料口和侧喂料口加料。混合原料中，改性陶瓷颗粒的质量百分含量为5％～30％，聚合物的质量百分含量为70％～95％。改性陶瓷颗粒的表面有经过表面改性剂改性形成的有机改性层。优选的，聚合物选自聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯硫醚、环氧树脂和聚酰亚胺中的至少一种。改性陶瓷颗粒为钛酸钡、钛酸锶钡和CaCu3Ti4O12中的至少一种经过表面改性剂改性形成。具体的，改性陶瓷颗粒通过如下操作制得：将陶瓷颗粒置于浓度为0.001mol/L～0.01mol/L的表面改性剂溶液中，60℃～90℃下处理8h～24h后，得到所述改性陶瓷颗粒。表面改性剂可以为多巴胺、硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。硅烷偶联剂可以为KH-550、KH-560、等。钛酸酯偶联剂可以为TMC-101、TMC-TTS、等。优选的，改性陶瓷颗粒的粒径为50nm～500nm，改性陶瓷颗粒表面的有机改性层的厚度为1nm～5nm。S20、对S10得到的熔融的混合原料进行流延后得到流延膜。S20中，对混合原料进行流延后得到流延膜的操作为：将熔融的混合原料挤出后紧贴流延辊，在流延辊的转动和牵引下流延形成所述流延膜。S30、对S20得到的流延膜依次进行拉伸和定型，得到半成品膜。S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物基杂化膜，其特征在于，所述聚合物基杂化膜的材料为改性陶瓷颗粒掺杂的聚合物；所述聚合物基杂化膜中，所述改性陶瓷颗粒的质量百分含量为5％～30％，所述聚合物的质量百分含量为70％～95％；所述改性陶瓷颗粒的表面有经过表面改性剂改性形成的有机改性层。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物基杂化膜，其特征在于，所述聚合物基杂化膜的材料为改性
陶瓷颗粒掺杂的聚合物；
所述聚合物基杂化膜中，所述改性陶瓷颗粒的质量百分含量为5％～30％，
所述聚合物的质量百分含量为70％～95％；
所述改性陶瓷颗粒的表面有经过表面改性剂改性形成的有机改性层。
2.根据权利要求1所述的聚合物基杂化膜，其特征在于，所述聚合物选自
聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯硫醚、环氧树脂和聚酰亚胺
中的至少一种；
所述改性陶瓷颗粒为钛酸钡、钛酸锶钡和CaCu3Ti4O12中的至少一种经过表
面改性剂改性形成；
所述表面改性剂为多巴胺、硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
3.根据权利要求1所述的聚合物基杂化膜，其特征在于，所述改性陶瓷颗
粒的粒径为50nm～500nm，所述有机改性层的厚度为1nm～5nm。
4.根据权利要求1所述的聚合物基杂化膜，其特征在于，所述聚合物基杂
化膜的厚度为5μm～50μm。
5.一种如权利要求1～4中任一项所述的聚合物基杂化膜的制备方法，其特
征在于，包括如下步骤：
将聚合物和改性陶瓷颗粒均匀混合后，加热到200℃～400℃使聚合物熔融，
得到混合原料，其中，所述混合原料中，所述改性陶瓷颗粒的质量百分含量为
5％～30％，所述聚合物的质量百分含量为70％～95％；
对熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宇，郑斌，沈洋，南策文，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44