一种具有高储能密度的耐高温P(VDF-TrFE)复合双层膜的制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有高储能密度的耐高温P(VDF‑TrFE)复合双层膜的制备方法，首先制备BaxSr1‑xTiO3纳米颗粒，并以聚(偏氟乙烯‑三氟乙烯)和N，N‑二甲基甲酰胺配制第一成膜溶液；再将BaxSr1‑xTiO3分散于第一成膜溶液中形成稳定的悬浮液；最后以悬浮液制备的P(VDF‑TrFE)复合单层膜为底膜，以聚甲基丙烯酸甲酯和乙酸乙酰乙酯的混合物制备顶膜，得到具有高储能密度的耐高温P(VDF‑TrFE)复合双层膜成品。采用本发明专利技术提供的制备方法，能得到具有储能密度更高、耐高温性能更好、击穿电场更高，储能密度的温度稳定性更好的P(VDF‑TrFE)复合双层膜，从而使其在电容器领域具有广阔的应用前景。

Preparation of High Temperature Resistant P(VDF-TrFE) Composite Bilayer Membrane with High Energy Storage Density

The invention discloses a preparation method of high-temperature resistant P (VDF TrFE) composite bilayer membrane with high energy storage density. Firstly, BaxSr1 xTiO3 nanoparticles are prepared, and the first film-forming solution is prepared with poly (vinylidene fluoride trifluoroethylene) and N, N dimethylformamide; then BaxSr1 xTiO3 is dispersed in the first film-forming solution to form a stable suspension; finally, P (VDF Tr) prepared by suspension solution. FE) composite monolayer film was used as the base film, and the top film was prepared by the mixture of polymethyl methacrylate and acetyl ether acetate. The high temperature resistant P (VDF TrFE) composite double layer film with high energy storage density was obtained. By adopting the preparation method provided by the invention, P (VDF TrFE) composite bilayer film with higher energy storage density, better high temperature resistance, higher breakdown electric field and better temperature stability of energy storage density can be obtained, thus having broad application prospects in the field of capacitors.

【技术实现步骤摘要】
一种具有高储能密度的耐高温P(VDF-TrFE)复合双层膜的制备方法
本专利技术涉及复合材料结构
，具体涉及一种具有高储能密度的耐高温P(VDF-TrFE)复合双层膜的制备方法。
技术介绍
电容元件具有放电功率大、利用效率高、充放电速度快、性能稳定等优良性能，在电力系统、电子器件、脉冲功率电源方面扮演着重要的角色，广泛应用于混合动力汽车、坦克电磁炮、电磁发射平台等国防现代化工业领域。但现在的电容元件存在诸如：储能密度低、放电电流小、寿命短等不利因素，使它的应用受到了限制。而实现电容元件向高储能化的转变，根本在于提高材料的储能密度，降低材料的损耗。材料储能性能与材料的介电常数、耐击穿强度、损耗密切相关，提高材料的储能性能就是要提高材料的介电常数、耐击穿强度，降低材料的损耗。目前使用最多的高介电铁电陶瓷材料，如：BaTiO3，BaxSr1-xTiO3，Pb(Mg,Ng)O3等，虽然具有较高的介电常数，但加工过程中耗能较大(高温烧结)，耐击穿场强低，可加工性差，难以与有机基板或印刷电路板相兼容。面对产品的小型化、轻型化，单独的铁电陶瓷材料已经很难满足要求，而聚合物材料(如：PVDF)由于具有良好的柔韧性、击穿场强高、质量轻、加工温度低、与有机基板的相容性好、可以大面积成膜等优点，被广泛应用，但介电常数较低(通常小于10)，耐高温性能差(室温应用)，储能特性及应用受到限制。
技术实现思路
为解决以上技术问题，本专利技术提供一种具有高储能密度的耐高温P(VDF-TrFE)复合双层膜的制备方法。技术方案如下：一种具有高储能密度的耐高温P(VDF-TrFE)复合双层膜的制备方法，其要点在于包括以下步骤：步骤S1：制备BaxSr1-xTiO3纳米颗粒，其中0＜x＜1；步骤S2：将聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)溶解在N，N-二甲基甲酰胺中形成均匀的第一成膜溶液；步骤S3：将BaxSr1-xTiO3纳米颗粒均匀分散在第一成膜溶液中形成稳定的悬浮液；步骤S4：将悬浮液浇筑在玻璃基底上并烘干处理得到烘干膜，接着将烘干膜在真空条件下，在100-140℃的温度下保温10-14h进行退火处理，退火结束后将其冷却至室温即得到P(VDF-TrFE)复合单层膜；步骤S5：将聚甲基丙烯酸甲酯溶解到乙酸乙酰乙酯形成均匀的第二成膜溶液，以所述P(VDF-TrFE)复合单层膜作为底膜，将所述第二成膜溶液浇筑在底膜上，并在60-90℃下烘干形成顶膜，得到具有高储能密度的耐高温P(VDF-TrFE)复合双层膜成品。采用上述技术方案，由于引入了聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)，聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的大官能团三氟乙烯基，在室温条件下，非常容易诱导聚合物形成铁电相(β相)，随着温度的上升，会发生由铁电相向顺电相的转变，顺电态的聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)则可在较高温度下获得高能量存储，从而有效保证了P(VDF-TrFE)复合单层膜在较高的温度下也能具有高储能密度；并且由于在底膜上覆盖一层聚甲基丙烯酸甲酯，能够有效增大P(VDF-TrFE)复合双层膜的击穿场强，从而得到具有高储能密度的，并且耐高温的P(VDF-TrFE)复合双层膜。而传统技术方案采用的聚偏氟乙烯与钛酸锶钡的混合物虽然能在室温条件下获得较高的能量密度，但是随着温度的升高，其能量存储密度急剧降低，不能在高温使用。作为优选的技术方案：所述聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)中三氟乙烯的摩尔百分含量为20-60％。步骤S3中，所述悬浮液中所述BaxSr1-xTiO3纳米颗粒的质量百分含量为1-10％，余量为所述第一成膜溶液。所述BaxSr1-xTiO3纳米颗粒的粒径为100-200nm。步骤S4中，所述烘干处理为在70-100℃下处理8-13h。所述底膜和顶膜的厚度比为2-20:1。所述底膜的厚度为10-20μm，所述顶膜的厚度为1-5μm。附图说明图1为实施例1制得的BaxSr1-xTiO3纳米颗粒的XRD图；图2为实施例1制得的BaxSr1-xTiO3纳米颗粒的SEM图；图3为P(VDF-TrFE)复合单层膜的储能密度随温度的变化规律图；图4为P(VDF-TrFE)复合双层膜的储能密度随温度的变化规律图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明。实施例1：一种具有高储能密度的耐高温P(VDF-TrFE)复合双层膜的制备方法，按以下步骤进行：步骤S1：采用两步水热法制备BaxSr1-xTiO3纳米颗粒，其中0＜x＜1，得到粒径为100nm的BaxSr1-xTiO3纳米颗粒；步骤S2：将P(VDF-TrFE)[即聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)，其中三氟乙烯的摩尔百分含量为45％]和DMF(N，N-二甲基甲酰胺)按5：95的质量比混合并搅拌10h形成均匀的第一成膜溶液；步骤S3：将所述BaxSr1-xTiO3纳米颗粒超声分散在所述第一成膜溶液中形成稳定的悬浮液，该悬浮液中所述BaxSr1-xTiO3纳米颗粒的质量百分含量为1％，余量为所述第一成膜溶液；步骤S4：将所述悬浮液浇筑在预先准备好的玻璃基底上并在70℃烘干处理8h得到烘干膜，接着将烘干膜转移至真空烘箱中，在100℃的温度下保温10h进行退火处理，退火结束后将其冷却至室温得到P(VDF-TrFE)复合单层膜；步骤S5：将聚甲基丙烯酸甲酯和乙酸乙酰乙酯按1：99的质量比例混合均匀形成第二成膜溶液，以所述P(VDF-TrFE)复合单层膜为底膜，将所述第二成膜溶液浇筑在底膜上，并在60℃条件下烘干形成顶膜，得到具有高储能密度的耐高温P(VDF-TrFE)复合双层膜，其中所述底膜的厚度为10μm，所述顶膜的厚度为1μm。实施例2：一种具有高储能密度的耐高温P(VDF-TrFE)复合双层膜的制备方法，按以下步骤进行：步骤S1：采用两步水热法制备BaxSr1-xTiO3纳米颗粒，其中0＜x＜1，得到粒径为200nm的BaxSr1-xTiO3纳米颗粒；步骤S2：将P(VDF-TrFE)[即聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)，其中三氟乙烯的摩尔百分含量为60％]和DMF(N，N-二甲基甲酰胺)按5：95的质量比混合并搅拌12h形成均匀的第一成膜溶液；步骤S3：将所述BaxSr1-xTiO3纳米颗粒超声分散在所述第一成膜溶液中形成稳定的悬浮液，该悬浮液中所述BaxSr1-xTiO3纳米颗粒的质量百分含量为10％，余量为所述第一成膜溶液；步骤S4：将所述悬浮液浇筑在预先准备好的玻璃基底上并在100℃烘干处理13h得到烘干膜，接着将烘干膜转移至真空烘箱中，在140℃的温度下保温14h进行退火处理，退火结束后将其冷却至室温得到P(VDF-TrFE)复合单层膜；步骤S5：将聚甲基丙烯酸甲酯和乙酸乙酰乙酯按1：99的质量比例混合均匀形成第二成膜溶液，以所述P(VDF-TrFE)复合单层膜为底膜，将所述第二成膜溶液浇筑在底膜上，并在90℃条件下烘干形成顶膜，得到具有高储能密度的耐高温P(VDF-TrFE)复合双层膜，其中所述底膜的厚度为20μm，所述顶膜的厚度为5μm。实施例3：一种具有高储能密度的耐高温P(VDF-TrFE)复合双层膜的制备方法，按以下步骤进行：步骤S1：采用两步水热法制备BaxSr1-xTiO3纳米颗粒，其中0＜x＜1，得到粒径为100nm的BaxSr1-xTiO3纳米颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高储能密度的耐高温P(VDF‑TrFE)复合双层膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤S1：制备BaxSr1‑xTiO3纳米颗粒，其中0＜x＜1；步骤S2：将聚(偏氟乙烯‑三氟乙烯)溶解在N，N‑二甲基甲酰胺中形成均匀的第一成膜溶液；步骤S3：将BaxSr1‑xTiO3纳米颗粒均匀分散在所述第一成膜溶液中形成稳定的悬浮液；步骤S4：将悬浮液浇筑在玻璃基底上并烘干处理得到烘干膜，接着将烘干膜在真空条件下，在100‑140℃的温度下保温10‑14h进行退火处理，退火结束后将其冷却至室温即得到P(VDF‑TrFE)复合单层膜；步骤S5：将聚甲基丙烯酸甲酯溶解到乙酸乙酰乙酯形成均匀的第二成膜溶液，以所述P(VDF‑TrFE)复合单层膜作为底膜，将所述第二成膜溶液浇筑在底膜上，并在60‑90℃下烘干形成顶膜，得到具有高储能密度的耐高温P(VDF‑TrFE)复合双层膜成品。

【技术特征摘要】
1.一种具有高储能密度的耐高温P(VDF-TrFE)复合双层膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤S1：制备BaxSr1-xTiO3纳米颗粒，其中0＜x＜1；步骤S2：将聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)溶解在N，N-二甲基甲酰胺中形成均匀的第一成膜溶液；步骤S3：将BaxSr1-xTiO3纳米颗粒均匀分散在所述第一成膜溶液中形成稳定的悬浮液；步骤S4：将悬浮液浇筑在玻璃基底上并烘干处理得到烘干膜，接着将烘干膜在真空条件下，在100-140℃的温度下保温10-14h进行退火处理，退火结束后将其冷却至室温即得到P(VDF-TrFE)复合单层膜；步骤S5：将聚甲基丙烯酸甲酯溶解到乙酸乙酰乙酯形成均匀的第二成膜溶液，以所述P(VDF-TrFE)复合单层膜作为底膜，将所述第二成膜溶液浇筑在底膜上，并在60-90℃下烘干形成顶膜，得到具有高储能密度的耐高温P(VDF-TrFE)复合双层膜成品。2.根据权利要求1所述的一种具有高储能密度的耐高温P(VDF-TrFE)复合双层膜的制备方法，其特征在于：所述聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)...

【专利技术属性】
技术研发人员：范保艳，刘晓燕，姜胜林，王庆，邢安，贾碧，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50