高储能密度的介电复合膜、制备方法及用途技术

本发明专利技术涉及介电复合膜技术领域，具体涉及一种高储能密度的介电复合膜、制备方法及用途，介电复合膜为三明治结构，三明治结构的中间层为聚丙烯与纤维填料熔融共混制得，三明治结构的上层和下层为超支化聚芳酰胺接枝层，所述超支化聚芳酰胺接枝层的厚度为1.5

【技术实现步骤摘要】
高储能密度的介电复合膜、制备方法及用途


[0001]本专利技术涉及介电复合膜
，具体涉及一种高储能密度的介电复合膜、制备方法及用途。

技术介绍

[0002]双向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）在脉冲功率电子器件中扮演着重要角色，但是BOPP薄膜的介电常数较小，导致其能量密度较低。无机介电陶瓷材料，与聚合物材料相比其介电常数相对较高。但受介电陶瓷材料的击穿强度低，加工条件苛刻与可扩展性差等因素的影响，介电陶瓷材料的应用领域受到极大的限制。为了克服材料的局限性，常常通过在聚合物基体中添加适当比例的介电陶瓷材料的方式，制备出同时具有高介电常数和高击穿强度的复合材料。但通常需要加入大量的介电陶瓷材料来改善聚合物的介电性能。然而，高体积分数的无机填料，会在聚合物基体内部聚集，形成导电通路并大幅降低材料的击穿强度。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在解决上述技术问题。
[0004]本专利技术的一个专利技术目的在于提供一种高储能密度的介电复合膜，选用聚丙烯薄膜作为中间层以提供高击穿强度，超支化聚芳酰胺接枝层作为上、下表面层以提高介电常数，超支化聚芳酰胺接枝层的厚度控制在1.5
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1.8μm，整个三明治结构的介电复合膜具有更高的极化程度，从而提高了电场下的储能密度。
[0005]本专利技术的另一个专利技术目的在于提供一种高储能密度的介电复合膜，通过在聚丙烯中添加纤维填料，改进中间层的介电常数和击穿强度，降低可移动载流子的浓度，增加陷阱深度，降低介电损耗，从而提高介电复合膜的储能密度。
[0006]本专利技术提供了一种高储能密度的介电复合膜，所述介电复合膜为三明治结构，三明治结构的中间层为聚丙烯与纤维填料熔融共混制得，三明治结构的上层和下层为超支化聚芳酰胺接枝层，所述超支化聚芳酰胺接枝层的厚度为1.5
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1.8μm。超支化聚芳酰胺接枝层的厚度在1.5
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1.8μm之间，介电复合膜的介电常数相比BOPP薄膜至多增加了2
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3倍，同时介电损耗仍然维持在较低水平，从而具有更高的放电能量密度。
[0007]根据本公开的实施例，所述超支化聚芳酰胺接枝层的厚度为1.7μm。超支化聚芳酰胺接枝层的厚度为1.7μm时，在电场强度为400kv/mm时，介电复合膜的放电能量密度高达2.56J/cm3（相比BOPP薄膜增加了约50%），同时充放电效率仍然维持在85%以上。
[0008]根据本公开的实施例，所述聚丙烯为等规聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或两种。其中，马来酸酐接枝聚丙烯作为中间相，相比纯等规聚丙烯，更够更好地与纤维填料混溶，从而进一步提高介电复合膜的储能密度。
[0009]根据本公开的实施例，所述等规聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯的重量比为2
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10：1。
[0010]根据本公开的实施例，所述纤维填料为锆碳酸钡钙纤维、锆碳酸钡钙
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银复合纤维、锆碳酸钡钙
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银@三氧化二铝同轴纤维中的一种或几种。
[0011]其中，制备锆碳酸钡钙
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银复合纤维的步骤是：将无水乙醇，乙酸和乙酰丙酮三种液体试剂充分混合，得到溶剂1。然后将氢氧化钡，氢氧化钙和乙酰丙酮错依次在搅拌的条件下溶于溶剂1中，得到溶液2。待溶液2完全澄清后滴加钛酸四丁酯，然后继续搅拌，得到均一的溶液3。将银颗粒加入溶液3中，超声搅拌，得到悬浮液4。最后将聚乙烯吡咯烷酮加入到悬浮液4中，将其在磁力搅拌器上持续搅拌，最终得到锆碳酸钡钙
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银纺丝前驱体。将一定量的锆碳酸钡钙
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银纺丝前驱体放在带有金属针头的注射器中，并在针头上施加电压进行静电纺丝。待纺丝完成后放入干燥箱中烘干，再将得到的纺丝纤维煅烧，经过研磨得到锆碳酸钡钙
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银复合纤维。
[0012]制备锆碳酸钡钙
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银@三氧化二铝同轴纤维的步骤是：将硝酸铝溶于去离子水中得到溶液1，将聚乙烯吡咯烷酮溶于无水乙醇中，得到溶液2。在搅拌的条件下将溶液1添加到溶液2中，在持续搅拌，最终得到壳层Al2O3前驱体。取两个注射器分别抽取一定量的核层锆碳酸钡钙
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银纺丝前驱体和Al2O3前驱体，并同轴纺丝针头连接。核壳前驱体溶液在同轴针尖处相遇，同时在外电场的作用下形成泰勒锥，并在两种溶液混合前形成同轴电纺丝，在接收器上被收集。待纺丝完成后放入干燥箱中烘干，再将得到的纺丝纤维在煅烧，经过研磨得到锆碳酸钡钙
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银@三氧化二铝同轴纤维。
[0013]根据本公开的实施例，所述锆碳酸钡钙纤维、锆碳酸钡钙
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银复合纤维、锆碳酸钡钙
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银@三氧化二铝同轴纤维的重量比为0
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2：1
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4：6
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8。
[0014]本专利技术还提供了一种如上述任一项所述的高储能密度的介电复合膜的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯与纤维填料放入模具内熔融、热压成型制得聚丙烯薄膜；在聚丙烯薄膜的上、下表面引入2
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异丙基硫杂蒽酮基团，然后与单体丙烯酸溶液通过可见光引发反应，构筑丙烯酸接枝层；在丙烯酸接枝层上构筑超支化聚芳酰胺接枝层。具体地，将构筑丙烯酸接枝层的聚丙烯薄膜加入到N
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甲基吡咯烷酮中，超声处理30min~60min，然后加入3，5
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二氨基苯甲酸，搅拌至3，5
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二氨基苯甲酸溶解，再加入吡啶、亚磷酸三苯酯和LiC1，得到介电复合膜。
[0015]根据本公开的实施例，所述超支化聚芳酰胺接枝层的厚度通过控制单体丙烯酸溶液的浓度进行调整。
[0016]本专利技术还提供了一种如上述任一项所述的高储能密度的介电复合膜在薄膜电容器中的用途。
[0017]在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。
[0018]本专利技术所用试剂和原料均市售可得。
[0019]本专利技术实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本专利技术实施例提供的介电复合膜为三明治结构，三明治结构的中间层为聚丙烯与纤维填料熔融共混制得，三明治结构的上层和下层为超支化聚芳酰胺接枝层，所述超支化聚芳酰胺接枝层的厚度为1.5
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1.8μm。介电复合膜的储能密度最高至2.56J/cm3，与BOPP薄膜相比，储能密度提高了50%。纤维填料的加入也能改善介电复合膜的储能密度和能量效率。
[0020]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，
而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
具体实施方式
[0021]下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但可以理解的是，这些具体实例将不以任何方式限制本专利技术的范围。需要说明的是，如无特别提及，在下述实施例中使用的原料均为市售商品，且其质量符合国本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高储能密度的介电复合膜，其特征在于，所述介电复合膜为三明治结构，三明治结构的中间层为聚丙烯与纤维填料熔融共混制得，三明治结构的上层和下层为超支化聚芳酰胺接枝层，所述超支化聚芳酰胺接枝层的厚度为1.5
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1.8μm。2.根据权利要求1所述的高储能密度的介电复合膜，其特征在于，所述超支化聚芳酰胺接枝层的厚度为1.7μm。3.根据权利要求1或2所述的高储能密度的介电复合膜，其特征在于，所述聚丙烯为等规聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或两种。4.根据权利要求3所述的高储能密度的介电复合膜，其特征在于，所述等规聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯的重量比为2
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10：1。5.根据权利要求1或2所述的高储能密度的介电复合膜，其特征在于，以体积百分比计，所述纤维填料的添加量为2%
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8%。6.根据权利要求5所述的高储能密度的介电复合膜，其特征在于，所述纤维填料为锆碳酸钡钙纤维、锆碳酸钡钙
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银复合纤维、锆碳酸钡钙
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银@三氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文兰，
申请(专利权)人：河北海伟电子新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：