[发明专利]一种各向异性纳米纤维聚偏氟乙烯基复合介质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种各向异性纳米纤维聚偏氟乙烯基复合介质及其制备方法，所述复合介质由BZCT NFs填充相和PVDF复合而成，所述BZCT NFs填充相在复合介质中定向或非定向排布，含量为1～20vol％。本发明采用溶胶‑凝胶法和静电纺丝技术制备具有大长径比的BZCT NFs；进而利用溶液法配制纳米纤维均匀分散的PVDF混合溶液；最终结合静电纺丝技术和淬火工艺获得定向或非定向BZCT‑PVDF。本发明制备的一维无机填充相‑聚合物基复合介质具有明显的各向异性，具有集成、高效、灵活、轻量和低成本优势，可用于先进商业、航空航天和军事领域，推动高性能聚合物基纳米复合材料的发展。

技术领域

本发明属于介质电容器领域，涉及一种聚合物基电介质纳米复合材料及其制备方法，具体涉及一种一维无机填充相-聚合物基复合介质及其制备方法。

背景技术

各向异性纳米纤维聚偏氟乙烯基复合介质具有兼容性好、各向异性、韧性好、击穿强度高等优点，在电介质储能领域具有广阔应用前景。由于一维纳米纤维本身具有较大长径比，因此在各向异性方面具有明显的优势，这对复合材料在电学、热学和力学性能方面的研究具有深远意义。因此，一维纳米纤维如何取向成为获得优异性能的复合材料的重点和难点，如纳米纤维在复合介质的面内方向平行取向时，可以提高复合材料的介电击穿强度；同时，当纳米纤维在复合介质的贯穿面方向上垂直取向时，复合材料的电极化强度可以得到改善，这为调节和控制复合材料性能的各向异性提供了启发。

发明内容

本发明为了解决现阶段介质击穿强度偏低、储能密度较低的问题，提供了一种各向异性纳米纤维聚偏氟乙烯基复合介质及其制备方法。本发明制备的一维无机填充相-聚合物基复合介质具有明显的各向异性(例如面内和贯通面内具有不同的极化行为和击穿强度)，具有集成、高效、灵活、轻量和低成本优势，可用于先进商业、航空航天和军事领域，推动高性能聚合物基纳米复合材料的发展。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种各向异性纳米纤维聚偏氟乙烯基复合介质，由BZCT NFs填充相和PVDF复合而成，所述BZCT NFs填充相在复合介质中定向或非定向排布，BZCT NFs的含量为1～20vol％。

一种上述各向异性纳米纤维聚偏氟乙烯基复合介质的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、制备规则排布的各向异性BZCT NFs-PVDF基复合薄膜：

(1)将BZCT NFs填充相均匀分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中；

(2)向分散液中加入聚偏氟乙烯(PVDF)粉末，配制均质稳定的BZCT NFs填充相-PVDF混合溶液，并置于真空箱内抽真空、静置、排气泡；

(3)将步骤(2)所得的BZCT NFs填充相-PVDF混合溶液吸入注射器进行高速静电纺丝，获得规则排布的各向异性BZCT NFs-PVDF基复合湿膜；

(4)将复合湿膜放在真空烘箱内进行烘干处理，得到定向BZCT-PVDF复合薄膜；

步骤二、制备无规则排布的BZCT NFs-PVDF基复合薄膜：

(1)将BZCT NFs填充相均匀分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中；

(2)向分散液中加入聚偏氟乙烯(PVDF)粉末，配制均质稳定的BZCT NFs填充相-PVDF混合溶液，并置于真空箱内抽真空、静置、排气泡；

(3)将步骤(2)所得的BZCT NFs填充相-PVDF混合溶液吸入注射器进行低速静电纺丝，获得无规则排布的BZCT NFs-PVDF基复合湿膜；

(4)将复合湿膜放在真空烘箱内进行烘干处理，得到非定向BZCT-PVDF复合薄膜；

步骤三、制备复合介质：