本发明专利技术提供了一种有机无机杂化复合薄膜材料，包括：无机纳米颗粒以及有机物母体；其中，所述无机纳米颗粒表面具有烯烃类的聚合物有机壳层。本发明专利技术还提供了一种复合材料电容，包括：两个电极层，以及位于两个电极层之间的采用所述有机无机杂化复合薄膜材料形成介电层。本发明专利技术还提供了一种有机无机杂化复合薄膜材料制备方法。本发明专利技术降低了纳米颗粒表面能，避免在制备复合材料薄膜过程中，颗粒在聚合物母体中的团簇和聚集，提高了无机物与有机物母体的相容度，降低了在外加电场诱导下的电场分布不均匀性，从而提高了材料的击穿电场强度及其储能密度。
【技术实现步骤摘要】
有机无机杂化复合材料、制备方法和采用复合材料的电容
本专利技术涉及复合物薄膜
，尤其涉及一种有机无机杂化复合材料、制备方法和采用该种复合材料的高能量密度薄膜电容。
技术介绍
将无机高介电材料纳米颗粒(如BaTiO3，TiO2和PZT等)引入有机聚合物中，形成复合材料，是获得高能量密度薄膜电容器材料的方法之一。复合材料兼具无机颗粒的高介电性和聚合物母体高击穿电场的优点。然而，在应用方面还存着一些问题需要解决。首先，由于无机纳米颗粒具有很高的表面能，导致颗粒的聚集和团簇，在聚合有机物母体中的分散性不高，使得其不能和聚合物母体很好的相结合，导致低介电常数、高介电损耗以及很差的机械性能。其次，由于介电常数的不同，在外电场诱导下，复合材料内的电场分布不均匀，这会大大降低材料的击穿电场强度。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种有机无机杂化复合材料、制备方法和采用复合材料的电容，在无机纳米颗粒表面生长了一层有机壳层，从而降低了纳米颗粒表面能，避免在制备复合材料薄膜过程中，颗粒在聚合物母体中的团簇和聚集，提高了其在聚合物母体中的分散性。此外，无机颗粒表面通过羟基与有机物母体相连接，这种通过化学键合的包覆方式使有机物与无机物成为一个整体，这种有机无机杂化方法，提高了无机物与有机物母体的相容度。无机颗粒在聚合物母体中分散度、相容度的提高，降低了在外加电场诱导下的电场分布不均匀性，从而提高了材料的击穿电场强度及其储能密度。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种有机无机杂化复合薄膜材料，包括：无机纳米颗粒以及有机物母体；其中，所述无机纳米颗粒表面具有烯烃类的聚合物有机壳层。优选的，所述无机纳米颗粒表面通过羟基与所述有机壳层相连接。优选的，所述无机纳米颗粒为TiO2或BaTiO3。优选的，所述有机物母体材质为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯吡咯烷、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚乙烯或基于聚偏氟乙烯的其它二相聚合物及三相聚合物。优选的，所述有机壳层材质为聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯酸丁酯。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种复合材料电容，包括：两个电极层，以及位于两个电极层之间的介电层，所述介电层采用所述有机无机杂化复合薄膜材料形成。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种有机无机杂化复合薄膜材料制备方法，其特征在于，包括：步骤A，将适量无机纳米颗粒加入到溶液中，进行超声处理，使所述无机纳米颗粒在溶液中均匀分散；步骤B，在溶液中无机纳米颗粒均匀分散之后，加入适量烯烃类聚合物单体，搅拌均匀，单体在溶液中发生聚合反应生成聚合物有机壳层，离心分离并真空干燥处理后，得到具有有机壳层包裹层的无机纳米颗粒，即无机纳米颗粒@有机壳层；步骤C，将适量有机物粉末，上述具有有机壳层包裹层的无机纳米颗粒加入溶液中，混合均匀后将其倒在玻璃板上，真空干燥得到无机纳米颗粒@有机壳层/有机物母体复合物薄膜；步骤D，将所述无机纳米颗粒@有机壳层/有机物母体复合物薄膜从玻璃板上剥离下来，进行退火处理，得到有机无机杂化复合薄膜材料。优选的，所述步骤B还包括，在溶液中加入适量催化剂，催化所述聚合物单体发生聚合反应生成聚合物有机壳层。优选的，在所述步骤B中加入适量聚合物单体之前，还包括，采用NaOH溶液清洗聚合物单体，然后取出聚合物单体，再将分子筛倒入清洗后的聚合物单体中，之后减压蒸馏得到无水纯净的聚合物单体。优选的，在所述步骤A中，适量无机纳米颗粒在加入到溶液之前还经过羟基化、硅烷偶联剂化及溴化处理。优选的，所述羟基化、硅烷偶联剂化及溴化处理步骤包括：子步骤A1，将适量无机纳米颗粒和双氧水加入容器中，超声及回流处理之后离心分离，再进行清洗，得到羟基化的无机纳米颗粒，即无机纳米颗粒-OH，进行真空干燥；子步骤A2，将子步骤A1中得到的羟基化的无机纳米颗粒和适量甲苯加入容器中，混合均匀之后，加入适量3-氨基丙基三乙氧基硅烷APS，反应之后离心分离样品，清洗并真空干燥后得到硅烷偶联剂化的无机纳米颗粒，即无机纳米颗粒-APS；子步骤A3，将子步骤A2中得到硅烷偶联剂化的无机纳米颗粒和适量CH2Cl2加入容器中混合均匀，然后加入适量溴异丁酰溴的CH2Cl2溶液，混合均匀，离心分离得到样品后进行清洗，真空干燥后得到溴化的无机纳米颗粒，即无机纳米颗粒-APS-Br。优选的，所述无机纳米颗粒为TiO2，所述有机物母体材质为聚偏氟乙烯-六氟丙烯，所述有机壳层材质为聚甲基丙烯酸甲酯，所述溶液为N,N-二甲基甲酰胺溶液。优选的，所述催化剂为CuBr。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术有机无机杂化复合材料、制备方法和采用复合材料的电容至少具有以下有益效果其中之一：(1)通过在无机纳米颗粒表面生长一层有机壳层，降低了纳米颗粒表面能，避免在制备复合材料薄膜过程中，颗粒在聚合物母体中的团簇和聚集，提高了其在聚合物母体中的分散性；(2)无机纳米颗粒表面通过羟基与有机物壳层相连接，通过化学键合的包覆方式使有机物与无机物成为一个整体，这种有机无机杂化方法，提高了无机物与有机物母体的相容度，无机颗粒在聚合物母体中分散度、相容度的提高，降低了在外加电场诱导下的电场分布不均匀性，从而提高了材料的击穿电场强度及其储能密度。附图说明通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1为本专利技术实施例的有机无机杂化复合薄膜材料结构示意图。图2为本专利技术实施例的有机无机杂化复合薄膜材料制备方法流程图。图3为本专利技术实施例的有机无机杂化复合薄膜材料(其中体积比为5％的TiO2@PMMA/PVDF-HFP)电滞回线。图4为现有技术的有机无机杂化复合薄膜材料(其中体积比为5％的普通TiO2/PVDF-HFP)电滞回线。图5为本专利技术实施例的有机无机杂化复合薄膜材料(其中体积比为5％的TiO2@PMMA/PVDF-HFP)与现有技术的有机无机杂化复合薄膜材料(其中体积比为5％的TiO2/PVDF-HFP)的能量密度与施加电场关系对比图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。本专利技术提供了一种有机无机杂化复合薄膜材料，图1是本专利技术实施例有机无机杂化复合薄膜材料结构示意图，如图1所示，本专利技术实施例有机无机杂化复合薄膜材料，包括无机纳米颗粒1与有机物母体2；其中，所述无机纳米颗粒表面具有烯烃类的聚合物有机壳层3，用于降低了无机纳米颗粒表面能，避免在制备复合薄膜材料过程中，无机颗粒在聚合物母体中的团簇和聚集，从而提高其在聚合有机物母体中的分散性；所述有机壳层通过原子转移自由基聚合(ATR本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种有机无机杂化复合薄膜材料，其特征在于，包括：无机纳米颗粒以及有机物母体；其中，所述无机纳米颗粒表面具有烯烃类聚合物有机壳层。
【技术特征摘要】
1.一种有机无机杂化复合薄膜材料，其特征在于，包括：无机纳米颗粒以及有机物母体；其中，所述无机纳米颗粒表面具有烯烃类聚合物有机壳层。2.根据权利要求1所述的有机无机杂化复合薄膜材料，其特征在于，所述无机纳米颗粒表面通过羟基与所述有机壳层相连接。3.根据权利要求1所述的有机无机杂化复合薄膜材料，其特征在于，所述无机纳米颗粒为TiO2或BaTiO3。4.根据权利要求1所述的有机无机杂化复合薄膜材料，其特征在于，所述有机物母体材质为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯吡咯烷、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚乙烯或基于聚偏氟乙烯的其它二相聚合物及三相聚合物。5.根据权利要求1至4中任一项所述的有机无机杂化复合薄膜材料，其特征在于，所述有机壳层材质为聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯酸丁酯。6.一种复合材料电容，其特征在于，包括：两个电极层，以及位于两个电极层之间的介电层，所述介电层采用如权利要求1至5中任一项所述的有机无机杂化复合薄膜材料形成。7.一种制备如权利要求1至5中任一项所述的有机无机杂化复合薄膜材料的方法，其特征在于，包括：步骤A，将适量无机纳米颗粒加入到溶液中，进行超声处理，使所述无机纳米颗粒在溶液中均匀分散；步骤B，在溶液中无机纳米颗粒均匀分散之后，加入适量烯烃类聚合物单体，搅拌均匀，单体在溶液中发生聚合反应生成聚合物有机壳层，离心分离并真空干燥处理后，得到具有有机壳层包裹层的无机纳米颗粒，即无机纳米颗粒@有机壳层；步骤C，将适量有机物粉末，上述具有有机壳层包裹层的无机纳米颗粒加入溶液中，混合均匀后将其倒在玻璃板上，真空干燥得到无机纳米颗粒@有机壳层/有机物母体复合物薄膜；步骤D，将所述无机纳米颗粒@有机壳层/有机物母体复合物薄膜从玻璃板上剥离下来，进行退火处理，得到有机无机杂化复合薄膜材料。8.根据权利要求7所述的有机无机...
【专利技术属性】
技术研发人员：任凯亮，杜新宇，张锦锡，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11
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