[发明专利]一种制造高介电聚合物复合薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高介电薄膜材料技术领域，尤其是涉及一种制造高介电聚合物复合薄膜的方法。

背景技术

高介电薄膜材料在新型储能器件和大功率能量存储系统中均具有非常广泛的应用前景。高介电薄膜材料主要有无机陶瓷材料和高介电聚合物材料。无机陶瓷材料具有介电常数高的优点，但其机械性能较差而且不易于大面积成膜。聚合物介电材料具有可加工性好，能自支撑的优点，但通常的聚合物介电材料的介电常数都不高，如何有效提高聚合物介电材料的介电常数是目前介电材料研究领域的热点。

通过将无机介电材料与有机介电材料进行有效的复合，可以实现复合材料同时具有高的介电常数和良好的加工性能。在这种复合薄膜结构中，高介电陶瓷材料以分散相的形式分散在聚合基体中，无机/有机界面的匹配特性对复合材料的介电特性有很大的影响。进一步的一些研究表明，在无机和有机复合相中如果分散一定的导电物质，可以通过介电的“渝渗”效应来更大程度的增强复合材料的介电性。

复合介电材料中的导电相可以是金属、碳基材料及导电聚合物。目前研究得较多的是通过将导电性良好的纳米粒子参入复合材料中来改善介电特性。纳米粒子具有较大的比表面积，通过一定的介电增强作用可以有效改善聚合物和无机材料之间的界面匹配。但是，多相结构中界面态及界面稳定性的控制还是这种高介电复合薄膜制备技术的难点。如何实现无机/有机材料之间的最大限度复合并保证纳米粒子的表明增强效应还是函待解决的问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种制造高介电聚合物复合薄膜的方法，其中该方法制造的高介电聚合物复合薄膜基于高介电聚合物、导电聚合物和高介电纳米粒子的复合材料，通过三者之间的良好协同作用，充分发挥各组份的优点，从而在高储能密度介质材料和压电材料方面具有良好的应用前景。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种制造高介电聚合物复合薄膜的方法，其特征在于，包括：将介电聚合物溶于第一有机溶剂中，获得介电聚合物分散液；将所述介电聚合物分散液的至少一部分铺展于LB膜槽中的超纯水表面，用LB膜法将所述超纯水表面的介电聚合物薄膜的至少一部分转移至基片表面；将纳米粒子和氧化剂溶于第二有机溶剂与超纯水组成的混合溶液中，获得纳米粒子/氧化剂分散液；将所述纳米粒子/氧化剂分散液的至少一部分沉积于所述基片上的所述介电聚合物薄膜表面，在基片上获得介电聚合物/氧化剂/纳米粒子复合薄膜；将形成了所述介电聚合物/氧化剂/纳米粒子复合薄膜的所述基片置于导电聚合物单体气氛中进行化学气相沉积，获得介电聚合物/导电聚合物/纳米粒子复合薄膜；在所述介电聚合物/导电聚合物/纳米粒子复合薄膜表面形成介电聚合物薄膜，获得介电聚合物/导电聚合物/纳米粒子/介电聚合物复合薄膜；将所述介电聚合物/导电聚合物/纳米粒子/介电聚合物复合薄膜进行热处理并从所述基片剥离，获得高介电聚合物复合薄膜。

本发明的一个实施例中，所述介电聚合物为聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯或者聚苯乙烯。

本发明的一个实施例中，所述第一有机溶剂为N, N二甲基甲酰胺、N, N二甲基乙酰胺、甲醇或者正丁醇；所述第二有机溶剂为N, N二甲基甲酰胺、N, N二甲基乙酰胺、甲醇和正丁醇中的一种或两种与超纯水形成的混合溶剂。

本发明的一个实施例中，所述纳米粒子为钛酸钡纳米粒子、钛酸锶纳米粒子、钛酸锆纳米粒子、聚偏氟乙烯纳米粒子、聚酰亚胺纳米粒子、聚乙烯纳米粒子和聚苯乙烯纳米粒子中的一种或者两种。

本发明的一个实施例中，所述氧化剂为三氯化铁或者甲基苯磺酸铁。

本发明的一个实施例中，所述导电聚合物单体为3,4-乙烯二氧噻吩或者噻吩。

本发明的一个实施例中，所述基片为氧化铟锡、铝片或钢片。

本发明的一个实施例中，所述将所述介电聚合物/导电聚合物/纳米粒子/介电聚合物复合薄膜进行热处理包括：将所述介电聚合物/导电聚合物/纳米粒子/介电聚合物复合薄膜在180-200℃下热处理60-80 分钟。

本发明的一个实施例中，所述介电聚合物分散液中，介电聚合物的浓度为1摩尔/升至6摩尔/升。

本发明的一个实施例中，所述纳米粒子/氧化剂分散液中，所述氧化剂的浓度为15毫克/毫升至30毫克/毫升，所述纳米粒子的浓度为20毫克/毫升至40毫克/毫升。