一种协同提升聚合物薄膜介电常数和击穿强度的方法技术

本发明专利技术提供了一种协同提升聚合物薄膜介电常数和击穿强度的方法，将

【技术实现步骤摘要】
一种协同提升聚合物薄膜介电常数和击穿强度的方法


[0001]本专利技术属于高电压绝缘材料领域，具体涉及一种协同提升聚合物薄膜介电常数和击穿强度的方法
。

技术介绍

[0002]近年来，随着温室效应加剧和能源需求增加，太阳能
、
风能
、
潮汐能等可再生清洁能源的存储和利用变得愈发重要
。
电介质储能具有工作电压高
、
使用寿命长
、
功率密度高
、
循环稳定性好等优点
。
聚合物薄膜电介质因其具有易加工
、
成本低
、
质量轻
、
绝缘性能好等特性成为高能量密度储能薄膜电容器的理想材料，广泛用于航空航天
、
新能源汽车
、
风力发电和光伏发电等
。
[0003]目前关于聚合物储能薄膜电介质的研究主要有铁电材料
(
如
PVDF
基聚合物薄膜等
)、
聚合物基复合电介质
(
如在聚合物中掺杂无机纳米填料或有机半导体等
)、
线性电介质
(
如聚酰亚胺
、
聚酯
、
聚脲及聚硫脲基聚合物薄膜等
)。
铁电材料具有极高的介电常数，但高电场下的高介电损耗不可避免，同时较低的击穿强度也难以满足薄膜电容器越来越高的工作电压
。
聚合物基纳米复合材料需要考虑掺杂纳米颗粒的尺寸
、
形状
、
分散性等，在提高介电常数的同时，却以击穿强度降低为代价，填料与聚合物基体之间的界面导致电场畸变的问题尚未得到很好地解决
。
线性聚合物电介质具有较高的介电常数
、
击穿电压和较低的介电损耗，同时可通过调控分子结构
(
如将高介电材料和高温材料的嵌段共聚
、
强分子间作用力和弱分子间作用力的聚合物共混以及高温低损耗的主链和高介电高击穿的侧链接枝
)
来达到同时提高介电常数和击穿强度的目的
。
[0004]已有文献证明链构象对聚合物的分子间作用力
、
分子链排布以及分子链的自组装有重要影响
。
也有研究表明，通过调控聚合物的分子链构象可以优化电荷输运路径，改变电导电流
。
这意味着通过调控链构象来同时提高聚合物的介电常数和击穿强度是可行的，但对此却很少有研究涉及
。
同时，链构象具有不确定性，这无疑增加了通过链构象来提升聚合物介电特性的难度
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种协同提升聚合物薄膜介电常数和击穿强度的方法，以克服现有技术存在的问题，本专利技术方法可以明显提高聚合物薄膜的介电常数和击穿强度，且步骤简单
、
难度低，能够广泛运用于高电压绝缘材料领域
。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种协同提升聚合物薄膜介电常数和击穿强度的方法，包括以下步骤：
[0008]1)
将
1,4
‑
苯二异硫氰酸酯和
1,4
‑
环己烷二胺分别完全溶解在极性溶剂中，然后将溶解完成的
1,4
‑
环己烷二胺溶液加入到
1,4
‑
苯二异硫氰酸酯溶液中，在氮气环境
、
室温条件下搅拌反应，得到聚硫脲溶液，其中，所述
1,4
‑
环己烷二胺为顺式
1,4
‑
环己烷二胺和反式
1,4
‑
环己烷二胺的混合物；
[0009]2)
将聚硫脲溶液过滤杂质；
[0010]3)
将过滤好的聚硫脲溶液滴在能够加热的基板上，随后采用流延法，通过梯度升温蒸发极性溶剂后得到聚硫脲薄膜
。
[0011]进一步地，步骤
1)
中，
1,4
‑
苯二异硫氰酸酯与极性溶剂的比为
1mmol
：
1mL
，
1,4
‑
环己烷二胺与极性溶剂的比为
1mmol
：
1mL。
[0012]进一步地，步骤
1)
中，
1,4
‑
苯二异硫氰酸酯与
1,4
‑
环己烷二胺的摩尔比为1：
1。
[0013]进一步地，步骤
1)
中，使用的极性溶剂为
N,N
‑
二甲基甲酰胺
。
[0014]进一步地，步骤
1)
中，所述顺式
1,4
‑
环己烷二胺和反式
1,4
‑
环己烷二胺之间摩尔比为
(6
‑
9)
：
(1
‑
4)。
[0015]进一步地，步骤
1)
中，搅拌反应的时间为
24h。
[0016]进一步地，步骤
2)
中，过滤杂质具体为：将聚硫脲溶液移入安装针头过滤器的注射器中过滤杂质
。
[0017]进一步地，步骤
3)
中基板为玻璃板，所述玻璃板放置在水平热台上
。
[0018]进一步地，步骤
3)
中梯度升温的程序为
60℃
恒温
3h
，
80℃
恒温
1h
，
100℃
恒温
1h
，随后自然冷却至室温，得到均一透明的聚硫脲薄膜
。
[0019]进一步地，步骤
3)
中自然冷却至室温后，置于
100℃
真空烘箱整夜后，得到干燥的聚硫脲薄膜
。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0021]本专利技术将
1,4
‑
苯二异硫氰酸酯与顺式和反式
1,4
‑
环己烷二胺的混合物反应，通过改变顺式和反式
1,4
‑
环己烷二胺的摩尔比例，获得具有不同链构象的聚硫脲，从而展现出不同的介电特性
。
具体来讲，反式构象促使
PTU
分子形成更多氢键导致分子链间距减小，进而减小了载流子的跳跃间距，同时使得聚硫脲分子链自组装形成更小尺寸的纳米畴，有助于在电场下发生转向极化，增大介电常数
。
与全顺式构象的
C
‑
PTU
相比，包含
10
％摩尔比例反式构象的
CT91
‑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种协同提升聚合物薄膜介电常数和击穿强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)
将
1,4
‑
苯二异硫氰酸酯和
1,4
‑
环己烷二胺分别完全溶解在极性溶剂中，然后将溶解完成的
1,4
‑
环己烷二胺溶液加入到
1,4
‑
苯二异硫氰酸酯溶液中，在氮气环境
、
室温条件下搅拌反应，得到聚硫脲溶液，其中，所述
1,4
‑
环己烷二胺为顺式
1,4
‑
环己烷二胺和反式
1,4
‑
环己烷二胺的混合物；
2)
将聚硫脲溶液过滤杂质；
3)
将过滤好的聚硫脲溶液滴在能够加热的基板上，随后采用流延法，通过梯度升温蒸发极性溶剂后得到聚硫脲薄膜
。2.
根据权利要求1所述的一种协同提升聚合物薄膜介电常数和击穿强度的方法，其特征在于，步骤
1)
中，
1,4
‑
苯二异硫氰酸酯与极性溶剂的比为
1mmol
：
1mL
，
1,4
‑
环己烷二胺与极性溶剂的比为
1mmol
：
1mL。3.
根据权利要求1所述的一种协同提升聚合物薄膜介电常数和击穿强度的方法，其特征在于，步骤
1)
中，
1,4
‑
苯二异硫氰酸酯与
1,4
‑
环己烷二胺的摩尔比为1：
1。4.
根据权利要求1所述的一种协同提升聚合物薄膜介电常数和击穿强度的方法，其特征在于，步骤
1)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳青，姜留浩，冯阳，李盛涛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：