全有机复合材料薄膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种全有机复合材料薄膜及其制备方法与应用，其中，所述全有机复合材料薄膜包括：聚合物基体和有机填料，所述聚合物基体包括聚偏二氟乙烯

【技术实现步骤摘要】
全有机复合材料薄膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电介质材料
，具体涉及一种全有机复合材料薄膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]近年来，金属化有机电介质薄膜电容器因其极高的充放电速率、优异柔韧性、可加工性、出色的绝缘性能和良好的自愈性等特性，在电子电气工业和电子能源系统中受到了广泛的关注和研究。目前，商用的双轴拉伸聚丙烯电容器(BOPP)的介电常数约为2.2，较低的介电常数导致能量密度通常低于3J/cm3，这限制了薄膜电容器在电气设备小型化要求下的应用。为提高表面电容器的介电常数以及能量密度，通常将具有高介电常数的陶瓷粒子或者导电粒子添加到聚合物基体中，聚合物基电介质复合材料的制备方法主要是溶液共混或者熔融共混法。
[0003]例如，B.Liu等人在“High energy density and discharge efficiency polypropylene nanocomposites for potential high
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power capacitor”(《Energy Storage Materials》,2020,27,443)一文中，将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包覆的钛酸钡(BaTiO3)添加到聚丙烯聚合物(PP)基体内制备成复合材料。随着钛酸钡填料的添加，该复合材料的介电常数可以达到3.8，能量密度可以达到3.86J/cm3，但是复合材料的介电损耗会因为无机填料的添加而增加；Yefeng Feng等人在“An ultrahigh discharged energy density achieved in an inhomogeneous PVDF dielectric composite filled with 2D MXene nanosheets via interface engineering”(《Journal of Materials Chemistry C》,2018,6,13283)一文中，以铁电聚合物(PVDF)为基体，以表面改性的Ti3C2T
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为无机分散相，采用溶液刮涂法制备了聚合物基介电复合材料。该复合材料中，通过合理设计导电填料的含量，复合材料的介电常数在100赫兹时可以达到26，能量密度可以达到12.5J/cm3，但是击穿场强会随着导电填料的增加而显著降低。
[0004]但是，目前报道的聚合物基电介质复合材料，无法同时满足高介电常数、高击穿强度、高能量密度和优异的加工性能等要求。例如，在将具有高介电常数的陶瓷粒子或者导电粒子添加到聚合物基体后，复合材料的损耗会增加，从而造成效率下降的问题。
[0005]因此，如何提高聚合物基电介质复合材料的绝缘性能与储能特性，并同步优化聚合物基复合材料的制备工艺，成为亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种全有机复合材料薄膜及其制备方法与应用。该全有机复合材料薄膜具有介电常数较高、物理机械性能良好、击穿场强高和放电能量密度高等优点。
[0007]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种全有机复合材料薄膜。根据本专利技术的实施例，所述全有机复合材料薄膜包括：
[0008]聚合物基体，所述聚合物基体包括聚偏二氟乙烯
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六氟丙烯；
[0009]有机填料，所述有机填料分散在所述聚合物基体中，并且所述有机填料包括丁腈橡胶。
[0010]根据本专利技术实施例的全有机复合材料薄膜，通过将包括丁腈橡胶的有机填料分散在包括聚偏二氟乙烯
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六氟丙烯的聚合物基体中，即以包括聚偏二氟乙烯
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六氟丙烯的聚合物为基体，以包括丁腈橡胶的有机填料为分散相，从而得到的全有机复合材料薄膜具有介电常数较高、物理机械性能良好、击穿场强高和放电能量密度高等优点。
[0011]另外，根据本专利技术上述实施例的全有机复合材料薄膜还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述聚合物基体与所述有机填料的质量比为(95～99)：(1～5)。由此，可以使得有机填料较好地分散在聚合物基体中。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述全有机复合材料薄膜的厚度为8～12μm。
[0013]在本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种制备全有机复合材料薄膜的方法，根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
[0014](1)将有机填料、聚合物基体和溶剂混合，以便得到混合溶液；
[0015](2)将所述混合溶液施加于基板上，然后干燥，以便得到粗糙级全有机复合材料薄膜；
[0016](3)将所述粗糙级全有机复合材料薄膜进行热压和淬火处理，以便得到全有机复合材料薄膜，
[0017]其中，所述聚合物基体包括聚偏二氟乙烯
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六氟丙烯，所述有机填料包括丁腈橡胶。
[0018]根据本专利技术实施例的制备全有机复合材料薄膜的方法，通过将有机填料、聚合物基体和溶剂混合，其中聚合物基体包括聚偏二氟乙烯
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六氟丙烯，有机填料包括丁腈橡胶，然后将得到的混合溶液施加于基板上，进行干燥，制备得到粗糙级全有机复合材料薄膜，然后将粗糙级全有机复合材料薄膜进行热压和淬火处理，从而改善薄膜表面的粗糙度，得到全有机复合材料薄膜。由此，该方法制备得到的全有机复合材料薄膜具有介电常数较高、物理机械性能良好、击穿场强高和放电能量密度高等优点，同时，该方法具有制备工艺简单的优点。
[0019]另外，根据本专利技术上述实施例的制备上述全有机复合材料薄膜的方法还可以具有如下附加的技术特征：
[0020]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，将所述有机填料、所述聚合物基体和所述溶剂按照下列方式混合：
[0021](1
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1)将所述有机填料和所述溶剂混合，以便得到有机填料分散液；
[0022](1
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2)将所述聚合物基体和所述溶剂混合，以便得到聚合物基体溶液；
[0023](1
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3)将所述有机填料分散液与所述聚合物基体溶液混合，以便得到混合溶液。
[0024]由此，可以使得有机填料更好地分散在聚合物基体中。
[0025]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1
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1)中，所述有机填料与所述溶剂的体积比为1：(100～300)。由此，可以使得有机填料更好地分散在溶剂中。
[0026]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1
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2)中，所述聚合物基体与所述溶剂的体积比为1：(10～20)。由此，可以使得聚合物基体更好地分散在溶剂中。
[0027]在本专利技术的一些实施例中，所述溶剂包括N,N
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二甲基甲酰胺和N,N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全有机复合材料薄膜，其特征在于，包括：聚合物基体，所述聚合物基体包括聚偏二氟乙烯
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六氟丙烯；有机填料，所述有机填料分散在所述聚合物基体中，并且所述有机填料包括丁腈橡胶。2.根据权利要求1所述的全有机复合材料薄膜，其特征在于，所述聚合物基体与所述有机填料的质量比为(95～99)：(1～5)。3.根据权利要求1所述的全有机复合材料薄膜，其特征在于，所述全有机复合材料薄膜的厚度为8～12μm。4.一种制备权利要求1
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3任一项所述的全有机复合材料薄膜的方法，其特征在于，包括：(1)将有机填料、聚合物基体和溶剂混合，以便得到混合溶液；(2)将所述混合溶液施加于基板上，然后干燥，以便得到粗糙级全有机复合材料薄膜；(3)将所述粗糙级全有机复合材料薄膜进行热压和淬火处理，以便得到全有机复合材料薄膜，其中，所述聚合物基体包括聚偏二氟乙烯
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六氟丙烯，所述有机填料包括丁腈橡胶。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，将所述有机填料、所述聚合物基体和所述溶剂按照下列方式混合：(1
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1)将所述有机填料和所述溶剂混合，以便得到有机填料分散液；(1
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2)将所述聚合物基体和所述溶剂混合，以便得到聚合物基体溶液；(1

【专利技术属性】
技术研发人员：党智敏，冯启琨，钟少龙，裴家耀，张涌新，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：