一种纳米改性的介电储能聚合物薄膜及其制备方法技术

本申请公开了一种纳米改性的介电储能聚合物薄膜及其制备方法，所述纳米铁电填料的化学式为BaTiO3‑

【技术实现步骤摘要】
一种纳米改性的介电储能聚合物薄膜及其制备方法


[0001]本申请涉及一种纳米改性的介电储能聚合物薄膜及其制备方法，属于电力、新能源汽车和航空航天领域。

技术介绍

[0002]与其他储能材料相比，介电材料及其电容器具有功率密度高、充放电速度快等优点。它们被广泛应用于电动汽车电源逆变器、超高压直流输电换流阀用高温电容器、光伏及风能电力转换逆变器、先进电磁武器等大功率系统。在各类介电材料中，介电聚合物因其具有介电击穿强度高、耐腐蚀性好、柔韧性好、重量轻、易成型加工、成本较低等特点而备受关注。对于聚合物介电材料来说，介电击穿强度是一个关键因素，它不仅决定了聚合物电容器的能量密度(U＝∫EdD，其中U为总储能能量密度，E为外加电场强度，D为电位移)，而且在实际应用中也决定了材料的可靠性和耐久性。纯聚偏氟乙烯虽然具有较高的介电常数，但其相对较低的击穿强度和较高的介电损耗导致其放电能量密度和充放电效率较低，严重限制了其有效应用。
[0003]随着介电聚合物在严酷环境中的使用不断增加，要求聚合物具有高击穿强度、低介质损耗、高放电能量密度和充放电效率。此外，介电聚合物电容器在热带和亚热带沿海地区的使用过程中，电容器材料受到海洋腐蚀环境的侵蚀而失效。因此，开发具有高击穿强度、高充放电效率、高能量密度和高耐蚀性的纳米改性介电储能聚合物薄膜具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0004]根据本申请的一个方面，提供了一种纳米铁电填料，该纳米铁电填料具有100nm～150nm的粒径，既可以避免在介电储能聚合物中团聚，又能充分发挥纳米级的铁电填料特有的小尺寸效应和表面界面效应，当纳米粒子作为初级粒子很好地分散在聚合物基体中，可显著提高涂层的介电性能、物理机械性能和抗老化性能。
[0005]一种纳米铁电填料，所述纳米铁电填料的化学式为BaTiO3‑
BiMg
0.5
Zr
0.5
O3；
[0006]所述纳米铁电填料为球状；
[0007]所述纳米铁电填料粒径为100nm～150nm。
[0008]可选地，所述纳米铁电填料粒径独立地选自100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0009]根据本申请的第二个方面，提供了一种纳米铁电填料的制备方法，该方法利用水热法，有效控制纳米铁电填料的粒径。
[0010]上述所述的纳米铁电填料的制备方法，包括以下步骤：
[0011](S1)将含有钡源、铋源、镁源的混合液超声，得到分散液Ⅰ；
[0012](S2)将含有钛源、锆源的混合液混合，得到分散液Ⅱ；
[0013](S3)获得含有氧源的分散液Ⅲ；
[0014](S4)将所述分散液Ⅰ和所述分散液Ⅱ混合后，加入所述分散液Ⅲ，置于密闭容器中反应，得到所述纳米铁电填料。
[0015]可选地，在步骤(S1)中，所述钡源选自乙酸钡、碳酸钡、氯化钡、硝酸钡中的至少一种。
[0016]可选地，在步骤(S1)中，所述铋源选自硝酸铋、氯化铋、氧化铋、碱式碳酸铋中的至少一种。
[0017]可选地，在步骤(S1)中，所述镁源选自乙酸镁、氯化镁、碳酸镁、氢氧化镁中的至少一种。
[0018]可选地，在步骤(S1)中，所述钡源、所述铋源、所述镁源的摩尔比为16～18:2～4:1～2。
[0019]所述钡源、所述铋源、所述镁源的摩尔量分别以其中的钡元素、铋元素、镁元素的摩尔量来计算。
[0020]可选地，超声的条件如下：
[0021]时间为15min～20min。
[0022]可选地，在步骤(S2)中，所述钛源选自钛酸异丙酯、丁醇钛、钛酸四丁酯、二氧化钛中的至少一种。
[0023]可选地，在步骤(S2)中，所述锆源选自丁醇锆、2
‑
乙基己酸氧锆、碱式乙酸锆、丙烯酸锆中的至少一种。
[0024]可选地，在步骤(S2)中，所述钛源、所述锆源的摩尔比为16～18：1～2。
[0025]所述钛源、所述锆源的摩尔量分别以其中的钛元素、锆元素的摩尔量来计算。
[0026]可选地，在步骤(S3)中，所述氧源选自氢氧化钠、氢氧化钾、过氧化氢、氨水中的至少一种。
[0027]可选地，在步骤(S4)中，所述分散液Ⅰ、所述分散液Ⅱ、所述分散液Ⅲ的体积比为25～30：5～10：30～40。
[0028]可选地，步骤(S2)和步骤(S4)中，混合的条件如下：
[0029]时间为15min～20min。
[0030]可选地，在步骤(S4)中，反应的条件如下：
[0031]温度为160℃～200℃；
[0032]时间为3h～30h。
[0033]可选地，在步骤(S4)中，时间独立地选自3、6、9、12、15、18、24、30中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0034]可选地，在步骤(S4)中，温度独立地选自160℃、170℃、180℃、190℃、200℃中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0035]根据本申请的第三个方面，提供了一种纳米铁电填料的应用。
[0036]上述所述的纳米铁电填料和/或上述所述的制备方法得到的纳米铁电填料在介电储能聚合物薄膜中的应用。
[0037]根据本申请的第四个方面，提供了纳米改性的介电储能聚合物薄膜。该纳米改性介电储能聚合物薄膜中的聚偏氟乙烯具有较高的介电常数，同时，聚偏氟乙烯的柔性较高，提高介电储能聚合物薄膜的韧性。氰酸酯聚合物具有较高的耐蚀性、优越的抗击穿性能、更
低的介电损耗，提高介电储能聚合物薄膜的介电性能、储能性能和耐蚀性能。纳米BaTiO3‑
BiMg
0.5
Zr
0.5
O3铁电填料具有较高的介电常数和较低的介电损耗，与聚合物基体存在更多界面，有利于提高界面极化强度使介电常数提高，同时介电损耗较低。氮化硼纳米片绝缘填料具有较高的绝缘性，提高聚合物薄膜的击穿强度；此外，纳米片状结构能够在薄膜中对腐蚀性介质起到非常好的阻隔作用，提高聚合物薄膜在腐蚀环境中的耐蚀性能。该纳米改性介电储能聚合物薄膜可以广泛应用于盐雾、湿热等腐蚀性海洋和高湿热环境中，具有极佳的环境普适性。解决了纯聚偏氟乙烯薄膜介电损耗大、能量密度低、充放电效率低的问题。
[0038]一种纳米改性的介电储能聚合物薄膜，包括以下质量份的组分：
[0039]聚偏氟乙烯2.5份～4.5份；
[0040]氰酸酯聚合物0.5份～2.5份；
[0041]纳米铁电填料0.5份～0.7份；
[0042]绝缘填料0.3份～0.5份；
[0043]溶剂90份～95份；
[0044]所述纳米铁电填料选自上述所述的纳米铁电填料和/或上述所述的制备方法得到的纳米铁电填料中的任一种。
[0045]当纳米铁电填料的质量份数过低时，介电性能较差；当纳米铁电填料的质量份数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米铁电填料，其特征在于，所述纳米铁电填料的化学式为BaTiO3‑
BiMg
0.5
Zr
0.5
O3；所述纳米铁电填料为球状；所述纳米铁电填料粒径为100nm～150nm。2.权利要求1所述的纳米铁电填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(S1)将含有钡源、铋源、镁源的混合液超声，得到分散液Ⅰ；(S2)将含有钛源、锆源的混合液混合，得到分散液Ⅱ；(S3)获得含有氧源的分散液Ⅲ；(S4)将所述分散液Ⅰ和所述分散液Ⅱ混合后，加入所述分散液Ⅲ，置于密闭容器中反应，得到所述纳米铁电填料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(S1)中，所述钡源选自乙酸钡、碳酸钡、氯化钡、硝酸钡中的至少一种；优选地，在步骤(S1)中，所述铋源选自硝酸铋、氯化铋、氧化铋、碱式碳酸铋中的至少一种；优选地，在步骤(S1)中，所述镁源选自乙酸镁、氯化镁、碳酸镁、氢氧化镁中的至少一种；优选地，在步骤(S1)中，所述钡源、所述铋源、所述镁源的摩尔比为16～18:2～4:1～2；所述钡源、所述铋源、所述镁源的摩尔量分别以其中的钡元素、铋元素、镁元素的摩尔量来计算；优选地，超声的条件如下：时间为15min～20min；优选地，在步骤(S2)中，所述钛源选自钛酸异丙酯、丁醇钛、钛酸四丁酯、二氧化钛中的至少一种；优选地，在步骤(S2)中，所述锆源选自丁醇锆、2
‑
乙基己酸氧锆、碱式乙酸锆、丙烯酸锆中的至少一种；优选地，在步骤(S2)中，所述钛源、所述锆源的摩尔比为16～18：1～2；所述钛源、所述锆源的摩尔量分别以其中的钛元素、锆元素的摩尔量来计算；优选地，在步骤(S3)中，所述氧源选自氢氧化钠、氢氧化钾、过氧化氢、氨水中的至少一种。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(S4)中，所述分散液Ⅰ、所述分散液Ⅱ、所述分散液Ⅲ的体积比为25～30：5～10：30～40；优选地，步骤(S2)和步骤(S4)中，混合的条件如下：时间为15min～20min；优选地，在步骤(S4)中，反应的条件如下：温度为160℃～200℃；时间为3h～30h。5.权利要求1所述的纳米铁电填料和/或权利要求2～4任...

【专利技术属性】
技术研发人员：王震宇，常峻玮，
申请(专利权)人：广东腐蚀科学与技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：