一种高储能电容器用介电材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高储能电容器用介电材料的制备方法，涉及介电材料技术领域，该制备方法以包覆无机纳米粒子的聚苯胺为填料，聚偏氟乙烯为聚合物基体，金属Ni作为负载物，先采用物理球磨和化学表面活性剂相结合的方法对无机纳米粒子进行表面改性，然后采用超临界流体反应将聚苯胺包覆在无机纳米粒子表面上，制备成复合填料，在采用熔体静电纺丝将复合填料和聚偏氟乙烯进行纺丝成纤维膜，最后采用磁控溅射将金属Ni负载与聚偏氟乙烯复合纤维膜上，金属Ni的负载不仅有利于填补静电纺丝法制成的纤维薄膜较高的孔隙率更有利于使介电材料维持较高的击穿场强，储能密度，提高介电常数，降低介电损耗，且制备的复合介电材料具有高的储能性能。

A Method for Preparing Dielectric Materials for High Energy Storage Capacitors

The invention discloses a preparation method of dielectric materials for high energy storage capacitors, which relates to the technical field of dielectric materials. The preparation method takes polyaniline coated with inorganic nanoparticles as filler, polyvinylidene fluoride as polymer matrix, and metal Ni as loader. Firstly, a combination method of physical ball milling and chemical surfactant is adopted. Surface modification of inorganic nanoparticles was carried out, and then polyaniline was coated on the surface of inorganic nanoparticles by supercritical fluid reaction to prepare composite fillers. Composite fillers and polyvinylidene fluoride were spun into fiber membranes by melt electrospinning. Finally, Ni-loaded metal was compounded with polyvinylidene fluoride by magnetron sputtering. On composite fiber membranes, the loading of Ni is not only beneficial to filling the high porosity of the fiber films prepared by electrospinning, but also beneficial to maintaining high breakdown field, energy storage density, increasing dielectric constant and reducing dielectric loss of the dielectric materials. Moreover, the composite dielectric materials prepared by electrospinning have high energy storage performance.

【技术实现步骤摘要】
一种高储能电容器用介电材料的制备方法
本专利技术属于介电材料
，涉及高储能电容器用介电材料
，具体涉及一种高储能电容器用介电材料的制备方法。
技术介绍
介电材料以静电形式储存能量，在信息、电子和电力行业中都有非常重要的应用。随着电子行业的迅速发展，高介电常数、低介质损耗、低成本、易加工的聚合物基复合材料的研发与应用受到越来越多关注。在电气工程领域，此类聚合物基复合材料可作为介质材料用于高储能密度电容器；在微电子领域，通过选择合适的聚合物基体，可以大规模地制备高电容的嵌入式微电容器，从而保证集成电路的高速和安全运行。但聚合物介电材料存在介电常数比陶瓷材料的低、击穿强度低的不足，需要介电填料的配合制备成聚合物基复合介电材料，才能有更广泛的应用。无机陶瓷材料具有高介电常数和高热稳定性，但其制备工艺复杂、易脆、介电损耗较大、与目前电路集成加工技术的相容性差等缺点限制了它的应用。但将陶瓷材料添加到聚合物介电材料中，利用陶瓷合和聚合物两相间的界面极化，可有效提高聚合物介电材料的介电常数。金属离子具有良好的导电性能，聚合物介电材料中添加少量的导电粒子可有效的提高其介电性能，碳材料粒子电导率较高，较低用量即可大幅度提高聚合物的介电常数，但是不管是无机陶瓷材料、金属粒子还是碳材料粒子都存在易在基体内团聚的缺点，因此改善填料和聚合物的相容性是目前聚合物基介电材料的研究重点。
技术实现思路
根据以上现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提出一种高储能电容器用介电材料的制备方法，为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种高储能电容器用介电材料的制备方法，具体步骤如下：1)将纳米无机粒子与表面活性剂置于高速球磨机中，球磨改性15-25min，然后将改性后的纳米无机粒子、苯胺、引发剂加入高压反应釜中，采用超临界CO2流体技术进行聚合反应，得复合填料；2)将复合填料与聚偏氟乙烯在60-70℃下真空干燥80-90min，干燥后将复合填料与聚偏氟乙烯采用熔体静电纺丝法，制备得聚偏氟乙烯复合纤维膜；3)采用磁控溅射方法将金属Ni负载在制备的偏氟乙烯复合纤维膜表面。2.根据权利要求1所述的高储能电容器用介电材料的制备方法，其特征在于，所述纳米无机粒子为ZnO、Al2O3、AlN、石墨烯或碳纳米管中任一种。优选的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基磺酸钠，添加方法采用雾化喷洒的方法，添加量为纳米无机粒子质量的0.8-1.5％。优选的，所述球磨的转速为4000-5000r/min。优选的，所述复合填料中纳米无机粒子、苯胺和引发剂质量比为0.15-0.35:1:0.01-0.015。优选的，所述超临界CO2流体技术的条件为反应压力为5-10MPa，温度为50-65℃，反应时长3.5-4h。优选的，所述熔体静电纺丝的条件为温度为280-350℃，推进速度0.3-0.8mm/min，滚筒转速100-130r/min，喷头与平板接收器的垂直距离为10-18cm，喷头直径为0.3-0.5mm，施加电压为10-15kV。优选的，所述磁控溅射的条件为真空度为5×10-4-8×10-4Pa，工作气体为99.999％的氩气，气体流量为8-17mL/min，工作压强为0.6-0.9Pa，溅射功率为50-75w，溅射时间为80-100s。优选的，所述高储能电容器用介电材料包含有如下重量份成分：复合填料5-15份，聚偏氟乙烯100份，金属Ni10-18份。优选的，所述高储能电容器用介电材料包含有如下重量份成分：复合填料10份，聚偏氟乙烯100份，金属Ni15份。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1.本专利技术采用物理球磨和化学表面活性剂对纳米无机粒子进行表面改性，提高纳米无机粒子的表面活性，改善其分散性，同时对纳米无机粒子形状和大小进行修整，使颗粒更加均匀，并采用超临界流体技术用苯胺对纳米无机粒子进行报复聚合，有利于增加聚合物相界面，从而提高介电常数，并且缩短了聚合反应时间，提高生产效率。2.本专利技术采用磁控溅射的方法对偏氟乙烯复合纤维膜负载金属Ni，磁控溅射具有定向性，且能增加Ni在偏氟乙烯复合纤维膜上的附着力，设备简单、易于控制，无任何化学试剂的使用，绿色环保，无污染。3.本专利技术制备的介电材料先采用熔体静电纺丝制备的出复合填料填充的聚偏氟乙烯，静电纺丝法制备纳米纤维膜具有设备简单、成本低廉、操作容易以及高效等优点，然后采用磁控溅射的方式在偏氟乙烯复合纤维膜负载Ni，不仅有利于填补静电纺丝法制成的纤维薄膜较高的孔隙率更有利于使介电材料维持较高的击穿场强，储能密度，提高介电常数，降低介电损耗。具体实施方式下面通过对实施例的描述，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。实施例1本实施例中高储能电容器用介电材料的制备方法，具体步骤如下：1)将纳米ZnO粒子置于高速球磨机中，然后将添加量是纳米ZnO粒子质量的1.25％的十二烷基苯磺酸钠溶于2倍体积的去离子水中搅拌至完全溶解后，装入雾化器中，将高速球磨机先调至低转速100r/min，在球磨机旋转的状况下将十二烷基苯磺酸钠溶液喷洒与纳米ZnO粒子表面，喷洒完后调高高速球磨机的转速至4500r/min进行球磨预处理20min，自然通风干燥后，然后将改性后的纳米ZnO粒子、苯胺、过硫酸铵引发剂加入高压反应釜中，先通入少量CO2排出内部空气，再用高压计量泵打入CO2到压力为7.5MPa，关闭进气阀，开动磁力搅拌器，同时升温至60℃，进行超临界CO2流体反应4h，得复合填料，其中纳米ZnO粒子、苯胺和过硫酸铵质量比为0.2:1:0.012；2)将步骤(1)制备的复合填料与聚偏氟乙烯在65℃下真空干燥85min，干燥后将10份复合填料与100份聚偏氟乙烯置于熔体静电纺丝仪的加料桶内，以锡纸为接受电极，同时将锡纸置于一块起支撑作用的铝板上形成平板接收器，纺丝时，加热仪的温度为330℃时，开始进行进料，进料的推进速度为0.5mm/min，滚筒转速110r/min，喷头直径为0.4mm，纺丝喷头与平板接收器的垂直距离为13cm，在喷头与平板接收器间施加电压12kV,电源的正负极分别接在喷头与平板接收器上，纺丝1.5h，结束纺丝后，将偏氟乙烯复合纤维膜置于真空干燥箱内在温度60℃下进行热处理10h，得到的偏氟乙烯复合纤维膜厚度约为15μm；3)将步骤(2)制备的厚度15μm的偏氟乙烯复合纤维膜置于样品真空溅射室内，用真空泵将真空溅射室压力抽至7×10-4Pa，向真空溅射室内以10mL/min的流量冲入纯度99.999％的氩气，使真空溅射室内压强维持在0.75Pa，15份Ni金属位于样品容器的正上方的靶面位置，直流溅射功率为60w，在此环境下进行单面Ni溅射100s，溅射结束，静止20min后，取出负载有Ni偏氟乙烯复合纤维膜。实施例2本实施例同实施例1，不同的是本实施例中纳米无机粒子为Al2O3，表面活性剂为十二烷基磺酸钠,添加量为纳米陶瓷粒子质量的0.8％，磁控溅射的条件为真空度为5×10-4Pa，气体流量为8mL/min，工作压强为0.6Pa，溅射功率为50w，溅射时间为80s。实施例3本实施例同实施例1，不同的是本实施例中纳米无机粒子石墨烯，表面活性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高储能电容器用介电材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)将纳米无机粒子与表面活性剂置于高速球磨机中，球磨改性15‑25min，然后将改性后的纳米无机粒子、苯胺、引发剂加入高压反应釜中，采用超临界CO2流体技术进行聚合反应，得复合填料；2)将复合填料与聚偏氟乙烯在60‑70℃下真空干燥80‑90min，干燥后将复合填料与聚偏氟乙烯采用熔体静电纺丝法，制备得聚偏氟乙烯复合纤维膜；3)采用磁控溅射方法将金属Ni负载在制备的偏氟乙烯复合纤维膜表面。

【技术特征摘要】
1.一种高储能电容器用介电材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)将纳米无机粒子与表面活性剂置于高速球磨机中，球磨改性15-25min，然后将改性后的纳米无机粒子、苯胺、引发剂加入高压反应釜中，采用超临界CO2流体技术进行聚合反应，得复合填料；2)将复合填料与聚偏氟乙烯在60-70℃下真空干燥80-90min，干燥后将复合填料与聚偏氟乙烯采用熔体静电纺丝法，制备得聚偏氟乙烯复合纤维膜；3)采用磁控溅射方法将金属Ni负载在制备的偏氟乙烯复合纤维膜表面。2.根据权利要求1所述的高储能电容器用介电材料的制备方法，其特征在于，所述纳米无机粒子为ZnO、Al2O3、AlN、石墨烯或碳纳米管中任一种。3.根据权利要求1所述的高储能电容器用介电材料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基磺酸钠，添加方法采用雾化喷洒的方法，添加量为纳米无机粒子质量的0.8-1.5％。4.根据权利要求1所述的高储能电容器用介电材料的制备方法，其特征在于，所述球磨的转速为4000-5000r/min。5.根据权利要求1所述的高储能电容器用介电材料的制备方法，其特征在于，所述复合填料中纳米无机粒子、苯胺和引发剂质量比为0.15-0.35:1:0.01-0.015。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：李海涛，钱叶球，邢武装，
申请(专利权)人：芜湖市亿仑电子有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34