[发明专利]一种包含正交分布一维纳米填料的电介质薄膜及制备方法

权利要求书

1.一种包含正交分布一维纳米填料的复合电介质薄膜，其特征在于，所述复合电介质薄膜由第一电介质层和第二电介质层组成，且所述第一电介质层和第二电介质层叠加设置；

其中，所述第一电介质层由含有垂直于面内方向排列的一维纳米填料和聚合物基体组成，所述第二电介质层由含有平行于面内方向排列的一维纳米填料和聚合物基体组成。

2.根据权利要求1所述的复合电介质薄膜，其特征在于，所述复合电介质薄膜的厚度为10-20 μm，所述第一电介质层的厚度为2-5 μm。

3.根据权利要求1-2所述的复合电介质薄膜，其特征在于，所述含有垂直于面内方向排列的一维纳米填料和含有平行于面内方向排列的一维纳米填料均为无机介电材料钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶钡和二氧化钛中的一种或多种；所述聚合物基体为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟-三氟乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺和聚醚酰亚胺中的一种或多种。

4.一种制备权利1-3所述的复合电介质薄膜的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1）采用水热法制备垂直于薄膜面内方向排列的一维纳米填料；

S2）采用静电纺丝法制备平行于薄膜面内方向排列的一维纳米填料；

S3）采用流延法将S1）得到的垂直于薄膜面内方向排列的一维纳米填料和S2）得到的平行于薄膜面内方向排列的一维纳米填料与聚合物基体进行复合，即得到包含正交分布一维纳米填料的复合电介质薄膜。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S1的具体步骤为：

S1.1）将FTO 导电玻璃在清洗液中超声清洗，烘干后放置在聚四氟乙烯内衬里以备反应；

S1.2）取目标填料的可溶盐与一定浓度的酸或碱溶液混合，搅拌10-20分钟配制成反应溶液；

S1.3）将反应溶液倒入装有FTO导电玻璃的聚四氟乙烯内衬，再将聚四氟乙烯内衬装入水热反应釜中，在150℃-220℃下反应6-12小时；

S1.4）待反应结束水热反应釜自然冷却至室温后，将FTO导电玻璃取出放置在分别含有去离子水和乙醇的容器中，超声清洗30-60分钟，放置在50℃-70℃的烘箱中烘干，得到竖直长有一维纳米结构中间产物的FTO基板；

S1.5)根据不同的目标填料，重复步骤S1.3）-S1.4）1-2次，得到长有垂直填料的FTO基板。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S2的具体步骤为：

S2.1）将目标填料的可溶盐、溶剂和聚乙烯吡咯烷酮组成的前驱体溶液搅拌至稳定的溶胶后转移至注射器中；

S2.2）以1-1.5 ml/min的推速在滚轮转速为100-500 rpm/min，1.0-1.5 kV/cm的电场下进行静电纺丝，得到布状纤维膜；

S2.3）将布状纤维膜从铝箔上揭下在500℃-800℃下煅烧2-5小时，得到目标平行填料。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S3的具体步骤为：

S3.1）将S2)得到平行填料与聚合物基体按照体积百分比为0.5%-7%配比，然后在有机溶剂中进行混合，采用超声波振荡分散及磁力搅拌，直至形成稳定的悬浮液后，置于在真空干燥箱中20-30分钟，以除去气泡；

S3.2）取S3.1制备得到混合液0.1-0.2 ml在步骤S1)长有垂直填料的FTO基板上流延成膜，通过控制刮刀高度200-500μm控制流延薄膜厚度，再在40~70℃下烘干12~24 h，使溶剂完全挥发；

S3.3）将S3.2）中干燥后得到的FTO基板在200-240℃下加热10-20分钟后，迅速放入0-50℃水中进行淬火处理，最后得到厚度为10-20 µm的含有正交分布一维纳米填料的复合电介质薄膜。