一种梯度结构聚合物纳米复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种梯度结构聚合物纳米复合材料及其制备方法。该制备方法，包括如下步骤：(1)采用改性的静电纺丝法制备具有梯度结构的复合无纺布；所述复合无纺布包括聚合物复合纳米纤维和或聚合物纳米纤维；所述的聚合物复合纳米纤维以聚合物为主体纤维骨架，纳米填料分散在所述主体纤维中；(2)对所述复合无纺布依次进行热压和热处理，即可得到所述梯度结构聚合物纳米复合材料。本发明专利技术实现了梯度结构复合材料的制备，纳米填料在复合材料内部连续梯度变化，且梯度方向可调，同时该梯度复合材料具有优异的介电性能和极高的性能稳定性。

A Gradient Polymer Nanocomposites and Its Preparation and Application

The invention discloses a gradient structure polymer nanocomposite and a preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: (1) the gradient structure composite nonwoven fabric is prepared by modified electrospinning method; the composite nonwoven fabric includes polymer composite nanofibers and polymer nanofibers; the polymer composite nanofibers are polymer-based backbone fibers, and nano-fillers are dispersed in the main fibers; (2) the composite nonwoven fabric is prepared by modified electrospinning method. After hot pressing and heat treatment, the gradient structure polymer nanocomposites can be obtained. The invention realizes the preparation of gradient structure composite material, the gradient of nano-filler changes continuously in the composite material, and the gradient direction is adjustable. At the same time, the gradient composite material has excellent dielectric properties and high stability.

【技术实现步骤摘要】
一种梯度结构聚合物纳米复合材料及其制备方法与应用
本专利技术属于电子复合材料制备
，尤其涉及一种梯度结构聚合物纳米复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
近几十年来，介电型电容器作为重要的电子元器件和高功率系统中的核心储能部件，广泛应用于消费类电子产品、自动化控制、航天航空、军事装备、医疗器件和新能源汽车等领域。2016年，我国电容器行业销售额高达500亿元人民币。其中陶瓷电容、铝/钽电解电容器和薄膜电容器这三类电容器占电容器市场的90％以上。近年来，电子器件和储能器件正逐步向小型化、柔性化和环保无害化的方向发展。陶瓷电容器的核心材料—无机陶瓷电介质具有很高的介电常数、耐热性能好等优点，但是陶瓷本身的脆性较大，可加工性能差，同时陶瓷成相温度高，功耗大，不易于有机印刷电路板兼容，难以满足柔性化、小型化要求。铝/钽电解电容器中的电解质和金属离子都存在明显的污染和回收难等问题。薄膜电容器中的有机薄膜电介质具有本征的柔性，质轻，易于加工，低成本等优点。同时有机的薄膜和有机的印刷电路板具有很好的兼容性，结合嵌入式封装技术，可以将薄膜电容器嵌入印刷电路板中，大幅度减小电子器件的尺寸。近年来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯度结构聚合物纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备具有梯度结构的复合无纺布；所述复合无纺布由两种聚合物纳米复合纤维组成，或一种聚合物纳米纤维和一种聚合物纳米复合纤维组成；其中，所述聚合物纳米复合纤维是以聚合物为主体纤维骨架，纳米填料分散在所述主体纤维骨架中；(2)对所述复合无纺布依次进行热压和热处理，即得到所述梯度结构聚合物纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种梯度结构聚合物纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备具有梯度结构的复合无纺布；所述复合无纺布由两种聚合物纳米复合纤维组成，或一种聚合物纳米纤维和一种聚合物纳米复合纤维组成；其中，所述聚合物纳米复合纤维是以聚合物为主体纤维骨架，纳米填料分散在所述主体纤维骨架中；(2)对所述复合无纺布依次进行热压和热处理，即得到所述梯度结构聚合物纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述梯度结构包括：正式梯度结构，反式梯度结构和互穿式梯度结构；所述正式梯度结构是由聚合物纳米纤维A和聚合物纳米复合纤维B组成，且沿无纺布厚度方向从中心向两侧，所述聚合物纳米纤维A的体积占比由0线性递增到100％，而聚合物纳米复合纤维B的体积占比由100％线性递减到0；所述反式梯度结构是由聚合物纳米纤维A和聚合物纳米复合纤维C组成，且沿无纺布厚度方向从中心向两侧，所述聚合物纳米纤维A的体积占比由100％线性递减到0，而聚合物纳米复合纤维C的体积占比由0线性递增到100％；所述互穿式梯度结构是由聚合物纳米复合纤维D和聚合物纳米复合纤维E组成，沿无纺布厚度方向从中心向两侧，所述聚合物纳米复合纤维D的体积占比由0线性递增到100％，而所述聚合物纳米复合纤维E的体积占比由100％线性递减到0；所述聚合物纳米复合纤维B、C、D相同或不同；所述聚合物纳米复合纤维B、C、E相同或不同；但所述聚合物纳米复合纤维D和E中的纳米填料的体积含量和/或纳米填料的种类不同。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物纳米复合纤维中，所述纳米填料的体积分数为0％～90％，但不为0％，优选为1％～10％。4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述纳米填料为陶瓷纳米填料或导电纳米填料；所述陶瓷纳米填料包括但钛酸钡、氧化钛、氧化硅、氧化铝、氧化锆、锆钛酸钡、锆钛酸铅、钛酸锶钡和钛酸铜钙中的任一种；所述导电纳米填料包括金、银和导电碳材料中的任一种；所述纳米填料为0维纳米颗粒、1维纳米纤维或2维纳米片；所述0维纳米颗粒的直径为10nm～1μm；所述的0维纳米颗粒包括单相0维纳米颗粒和核壳纳米颗粒；所述的单相0维纳米颗粒仅由单一组分组成；所述的核壳颗粒由两种及以上的组分组成并形成0维核壳结构；所述1维纳米纤维的直径为100nm～1μm，长度为1μm～1mm；所述1维纳米纤维包括单相1维纳米纤维、同轴纳米纤维、0-1型纳米纤维；所述的单相1维纳米纤维仅由单一组分组成；所述的同轴纤维由两种及以上的组分组成并形成1维核壳结构；所述的0-1型纳米纤维是所述0维纳米颗粒填充在单相1维纳米纤维组成的复合纳米纤维；所述2维纳米片的横向尺寸为1μm～1mm，厚度为1nm～1μm；所述2维纳米片包括规则片层和不规则片层，所述规则片层包括但不限于圆形、正方形、长方形、椭圆形中的任一种；优选的：所述单相0维纳米颗粒包括钛酸钡、氧化钛、氧化硅、氧化铝、氧化锆、锆钛酸钡、锆钛酸铅、钛酸锶钡、钛酸铜钙的陶瓷颗粒以及金、银、碳球的导电颗粒；所述核壳颗粒包括钛酸钡@氧化钛核壳颗粒、钛酸钡@氧化硅核壳颗粒、锌@氧化锌核壳颗粒、银@碳核壳颗粒；所述单相1维纳米纤维包括钛酸钡、氧化钛、氧化硅、氧化铝、氧化锆、锆钛酸钡、锆钛酸铅、钛酸锶钡、钛酸铜钙的陶瓷纤维以及金、银、碳纤维、碳纳米管的导电纤维；所述的同轴纳米纤维包括钛酸钡@氧化钛核壳纤维、钛酸钡@氧化硅核壳纤维、钛酸铜钙@氧化硅核壳纤维、铜@氧化硅核壳纤维；所述的0-1型纳米纤维包括但不限于钛酸钡纳米颗粒/氧化钛纳米纤维、钛酸钡纳米颗粒/氧化铝纳米纤维；所述2维纳米片包括但不限于氮化硼、钛酸钡、氧化钛、氧化硅、氧化铝、锆钛酸钡的陶瓷片以及金、银、石墨烯的导电片层。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述聚合物纳米纤维和聚合物纳米复合纤维中的聚合物包括聚偏氟乙烯、环氧树脂、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯和聚酰亚胺中的至少一种；所述聚合物的分子量为5～100万。6.根据权利要求1-5中任一项所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈洋，江建勇，但振康，林元华，南策文，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11