【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种有机半导体接枝的聚丙烯复合薄膜及其制备方法和应用，涉及介电储能材料。
技术介绍
1、介质膜电容器已成为电子设备和电力系统中电荷存储和控制的基础部件。双轴拉伸聚丙烯(biaxial oriented polypropylene,bopp)在商用薄膜电容器中占有最大的市场份额，对电容器的运行稳定性起着至关重要的作用。电容器在连续工作过程中受到强电热场作用，不仅加剧了电荷注入现象，而且促进了介电膜内部载流子的碰撞和复合过程，导致介电性能和电容性能下降。为了保证bopp薄膜电容器的安全工作，通常将工作温度限制在～85℃以下，由于焦耳热的积累，器件内部温度可高达105℃。研究表明，从室温到120℃，随着温度的升高，bopp薄膜的传导损失呈指数增长，进一步加剧了热积累，导致击穿强度急剧下降。bopp薄膜的储能效率在120℃时降至～65％，严重威胁器件稳定性，限制了薄膜电容器在高温条件下的应用场景。然而，在电力驱动车辆等紧急应用中，其工作温度可达到120℃以上，对介质膜电容器提出了越来越严格的要求。
2、在这些极端温度应用环境中，辅助冷却系统是解决电容器耐受温度和环境温度之间差距的传统方法，不仅牺牲了经济效益，更阻碍了轻量化和紧凑型设备的发展。为了解决这一问题，人们采用了各种改性方法来调节聚合物薄膜的高温电容性，其中纳米复合方法显示出巨大的潜力。然而，其有效性受到纳米填料在聚合物基体中的分散性和相容性的限制，难以实现击穿强度、介电损耗和储能密度的综合平衡。例如，在欧洲gridable项目中，开发了用于直流电容器的
技术实现思路
1、本专利技术提供一种有机半导体接枝的聚丙烯复合薄膜及其制备方法，用于提高聚丙烯复合薄膜在高温下的击穿强度和储能性能。
2、本专利技术还提供上述聚丙烯复合薄膜在电容器中的应用。
3、本专利技术第一方面提供一种有机半导体接枝的聚丙烯复合薄膜，聚丙烯的至少部分侧链上接枝有有机半导体分子；
4、所述有机半导体分子的电导率为10-10～100s/cm，分子量为900～1500。
5、在一种具体实施方式中，所述有机半导体分子选自式1～式3所示化合物中的一种或多种：
6、
7、本专利技术第二方面提供上述任一所述的聚丙烯复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：
8、对有机半导体进行表面氨基化处理，得到氨基修饰的有机半导体颗粒；
9、将所述氨基修饰的有机半导体颗粒与酸酐修饰的聚丙烯颗粒混合并进行反应，得到有机半导体接枝的聚丙烯颗粒；
10、将所述有机半导体接枝的聚丙烯颗粒与聚丙烯基体颗粒分散在溶剂中，搅拌均匀形成分散液，将所述分散液滴在玻璃片上，去除溶剂后，将形成的薄膜从玻璃片上剥离，得到聚丙烯复合薄膜。
11、在一种具体实施方式中，所述氨基化处理包括：将有机半导体与二胺加入到有机溶剂中，在惰性气体氛围下，在100～200℃下进行氨基化反应1～4h，反应结束后，收集沉淀，并对沉淀进行清洗，得到氨基修饰的有机半导体颗粒。
12、在一种具体实施方式中，所述二胺选自乙二胺、间苯二胺、对苯二胺、3,4'-二氨基联苯醚中的一种或多种。
13、在一种具体实施方式中，将所述氨基修饰的有机半导体颗粒与酸酐修饰的聚丙烯颗粒混合并进行反应，得到有机半导体接枝的聚丙烯颗粒，具体包括：
14、将酸酐修饰的聚丙烯颗粒溶解在有机溶剂中，加入氨基修饰的有机半导体颗粒，控制混合体系在100～130℃下进行反应2～6h，反应结束后去除溶剂得到有机半导体接枝的聚丙烯颗粒。
15、在一种具体实施方式中，所述酸酐修饰的聚丙烯颗粒中的酸酐基团与氨基修饰的有机半导体颗粒中的氨基基团的摩尔比为1:1。
16、在一种具体实施方式中，所述有机半导体接枝的聚丙烯颗粒与聚丙烯基体颗粒的质量比为(5～20)：(9995～9980)。
17、在一种具体实施方式中，将形成的薄膜从玻璃片上剥离后在50～100℃下干燥4～24h，得到聚丙烯复合薄膜。
18、本专利技术第三方面提供上述任一所述的聚丙烯复合薄膜在电容器中的应用。
19、本专利技术通过有机半导体小分子对聚丙烯进行接枝，可避免纳米颗粒添加改性所具有的分散性差、团聚、结合性差、易解离、陷阱深度低的问题；一方面，有机半导体小分子可在聚丙烯基体中引入1～5ev的深陷阱，限制聚丙烯薄膜内部的载流子迁移；另一方面，有机半导体小分子的接枝可以增强聚丙烯薄膜的内部相互作用，改善聚丙烯薄膜的结晶形态，提高聚丙烯薄膜在高温条件下的击穿强度和储能密度，有助于促进电容器在更大温度范围内稳定工作。
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1.一种有机半导体接枝的聚丙烯复合薄膜，其特征在于，聚丙烯的至少部分侧链上接枝有有机半导体分子；
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合薄膜，其特征在于，所述有机半导体分子选自式1～式3所示化合物中的一种或多种：
3.一种权利要求1～2任一项所述的聚丙烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氨基化处理包括：将有机半导体与二胺加入到有机溶剂中，在惰性气体氛围下，在100～200℃下进行氨基化反应1～4h，反应结束后，收集沉淀，并对沉淀进行清洗，得到氨基修饰的有机半导体颗粒。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述二胺选自乙二胺、间苯二胺、对苯二胺、3,4'-二氨基联苯醚中的一种或多种。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将所述氨基修饰的有机半导体颗粒与酸酐修饰的聚丙烯颗粒混合并进行反应，得到有机半导体接枝的聚丙烯颗粒，具体包括：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述酸酐修饰的聚丙烯颗粒中的酸酐基团与氨基修饰的有机半导体
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机半导体接枝的聚丙烯颗粒与聚丙烯基体颗粒的质量比为(5～20)：(9995～9980)。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将形成的薄膜从玻璃片上剥离后在50～100℃下干燥4～24h，得到聚丙烯复合薄膜。
10.权利要求1～2任一项所述的聚丙烯复合薄膜在电容器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种有机半导体接枝的聚丙烯复合薄膜，其特征在于，聚丙烯的至少部分侧链上接枝有有机半导体分子；
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合薄膜，其特征在于，所述有机半导体分子选自式1～式3所示化合物中的一种或多种：
3.一种权利要求1～2任一项所述的聚丙烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氨基化处理包括：将有机半导体与二胺加入到有机溶剂中，在惰性气体氛围下，在100～200℃下进行氨基化反应1～4h，反应结束后，收集沉淀，并对沉淀进行清洗，得到氨基修饰的有机半导体颗粒。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述二胺选自乙二胺、间苯二胺、对苯二胺、3,4'-二氨基联苯醚中的一种或多...
【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，冉昭玉，何金良，罗臻，胡军，王瑞，付靖，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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