[发明专利]一种介电复合材料

说明书

本发明公开了一种多层结构的介电复合材料，这种多层结构具体是指由无机/聚合物复合材料层与纯聚合物层组合而成，该介电复合材料的层数不少于二层，所述的聚合物层的体积分数为该介电复合材料体积分数的10％～45％。本发明的制备方法简单，大大改善了单层复合材料抗击穿电场能力降低的问题，有效地提高了复合材料的能量储存水平。

技术领域

本发明涉及一种介电复合材料，特别是涉及一种制备在高电场下具有高储能密度的复合材料。

背景技术

在化石能源危机日益突出的工业社会，高储能密度的介电复合材料越来越受到商业和科学届的关注。陶瓷/聚合物复合材料是被认为最有潜力的介电复合材料之一，因为该材料可以同时结合陶瓷介电常数大和聚合物柔性佳的特点，根据介电材料储能密度(U_e)的计算公式：

其中，ε₀，ε_r和E分别为真空介电常数，复合材料相对介电常数和应用的电场。从公式可以得出，要提高能量储存的密度，那么就是要同时提高复合材料的高介电常数和高击穿电场。陶瓷/聚合物复合材料已经被广泛研究，大部分研究集中在如何提高复合材料的介电常数，通过探索高性能的填充相和不同的方法修饰填充相表面，以提高复合物的介电常数。然而它们都会面对一个共同的问题，由于界面性质差别甚远的异相材料的引入，都会不同程度的破坏聚合物基的结构，并且引入难免的缺陷，从而复合材料的抗击穿电场会不同程度的降低。

目前报道的储能复合材料的击穿电场一般集中在100-250kV/mm这个区域，也就是说，介电复合材料除了介电常数还有巨大提升空间之外，其抗击穿电场的能力也存在较大的提升空间，因此，如何同时实现高介电常数和高抗击穿电场是当前介电复合材料研究的一个难点。

发明内容

本发明的目的在于从结构上设计创新，提供一种制备方法简单、具有高抗击穿电场和高介电常数的复合材料，以大幅提高其能量储存密度。

本发明的技术方案为：

一种介电复合材料，由无机物/聚合物复合材料层与聚合物层组合形成多层结构，所述的介电复合材料的层数不少于二层,所述的聚合物层的体积分数为所述的介电复合材料体积分数的10％～45％。

进一步的，所述的介电复合材料由无机物/聚合物复合材料层与聚合物层交替叠加形成多层结构，且不少于三层，介电复合材料的最外层为无机物/聚合物复合材料层。

进一步的，所述的介电复合材料的层数可以是3层、4层、5层，或者更多层。

更进一步的，所述的介电复合材料的层数为3层时，所述的聚合物层的体积分数为该介电复合材料体积分数的25％～35％。

更进一步的，所述的介电复合材料的层数为5层时，所述的聚合物层的体积分数为该介电复合材料体积分数较优选为25％～45％；最优选25％～35％。

进一步的，所述的无机物/聚合物复合材料层中的无机物选自零维的陶瓷粉末、一维的陶瓷粉末、零维的导体颗粒和一维的导体粉末。

更进一步的，所述的陶瓷粉末为钛酸钡、铌镁酸铅锆钛酸铅、钛酸锶钡、锆钛酸铅或二氧化钛中的一种或者几种，

更进一步的，所述的导体粉末选自银、金、碳黑、碳纳米管和石墨烯中的一种或者几种。

进一步的，所述的无机物/聚合物复合材料层中的聚合物为热塑性聚合物，选自环氧树脂、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、偏氟乙烯树脂、或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。

更进一步的，所述的无机物/聚合物复合材料层为环氧树脂与铌镁酸铅锆钛酸铅粉末复合层。复合层中铌镁酸铅锆钛酸铅粉末为聚偏氟乙烯六氟丙烯体积的60vol％。聚合物层为环氧树脂。