[发明专利]一种铌酸锶钡/氮化硼三维网络材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种铌酸锶钡/氮化硼三维网络材料及制备方法，利用干丝瓜作为模板，采用牺牲模板法制备三维网络铌酸锶钡/氮化硼填料，以铌酸锶钡/氮化硼纳米粉体、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺为原料，配制触变性能良好的浆料，采用NaOH溶液处理干丝瓜，调控其孔径以及连通方式，之后将处理后的干丝瓜浸渍于上述浆料中，随后挤压排除多余的浆料并对其进行干燥。重复上述挂浆、干燥步骤数次，经热处理得到三维网络结构铌酸锶钡/氮化硼填料。三维网络结构铌酸锶钡/氮化硼填料一方面可以在较低体积分数填充下建立填料间的有效链接，增强填料间的相互作用，提高材料的介电性能。

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种铌酸锶钡/氮化硼三维网络材料及制备方法。

背景技术

高储能密度介质电容器具有放电功率大、利用效率高、充放电速度快、性能稳定等优点，在电力系统、电子器件、脉冲功率电源方面扮演着重要的角色，广泛应用于混合动力汽车、脉冲功率系统、电磁炮、太阳能等新能源发电系统及电磁发射平台等现代化工业及国防领域。随着电子器件向小型化和高性能化方向的发展，高功率密度和高集成已成为电气设备和电子器件的发展方向，单位体积内所产生的热量越来越高，良好的散热能力就成为保证其长时间稳定运行的关键因素，开发出具有更高的工作场强、更好散热能力和更长的工作寿命的储能材料，无疑对提高大型电力设备的性能、减小大型电力设备的体积、保证特高压电力系统的安全可靠运行是十分必要和紧迫的任务。

最近研究者发现以聚合物电介质材料为主体的薄膜电容器热稳定性差，无法长期稳定的工作。尤其在高电场作用下，温度升高会导致聚合物电介质内部泄漏电流呈指数上升趋势，造成充放电效率及储能密度急剧下降，无法满足应用需求。填料的形貌、取向排列也是影响复合材料介电性能、热导性能的重要因素。目前，科学家们采用在聚合物中加入具有高介电常数陶瓷颗粒的方法来得到高介电常数的复合材料，但持续增加填料在聚合物基体中的体积分数（>60%），室温介电常数的增加并不明显（～100），而复合介质薄膜的耐击穿场强大大降低，并且其可加工性变差。

将三维网络结构的陶瓷填料与聚合物基体进行复合，形成陶瓷相和聚合物相的连续分布、相互交叉，可以有效改善复合材料的介电性能、热导性能。陶瓷填料的三维连续分布，使得这种复合材料可以容纳更高体积分数的陶瓷相，在较低体积分数填充下建立填料间的有效链接，增强填料间的相互作用，充分发挥高介电填料的特性，使得复合材料的介电性能大大提高；同时三维填料在聚合物内部构建的热导通道，有利于热量的分散和传递，提升其热导率。

发明内容

本发明提出了一种铌酸锶钡/氮化硼三维网络材料及制备方法，利用干丝瓜作为模板，采用牺牲模板法制备三维网络铌酸锶钡/氮化硼填料，以铌酸锶钡/氮化硼纳米粉体、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺为原料，配制触变性能良好的浆料，采用NaOH溶液处理干丝瓜，调控其孔径以及连通方式，之后将处理后的干丝瓜浸渍于上述浆料中，随后挤压排除多余的浆料并对其进行干燥。重复上述挂浆、干燥步骤数次，经热处理得到三维网络结构铌酸锶钡/氮化硼填料。三维网络结构铌酸锶钡/氮化硼填料一方面可以在较低体积分数填充下建立填料间的有效链接，增强填料间的相互作用，提高材料的介电性能，另一方面三维填料容易构建的热导通道，有利于热量的分散和传递，提升其热导率，提高复合材料的散热情况，同时氮化硼材料具有良好的耐击穿性能，可以使复合材料在较高的电场下工作。该方法具有简单易行、成本低、方便快速、可规模化生产等优点。

实现本发明的技术方案是：

一种铌酸锶钡/氮化硼三维网络材料的制备方法，步骤如下：

（1）浆料的配置：以铌酸锶钡纳米粉体、氮化硼纳米粉体、聚乙烯醇、羧甲基纤维素和聚丙烯酰胺为原料，配制触变性能良好的浆料；

（2）干丝瓜模板孔径的调控：配置NaOH溶液，之后将干丝瓜置于NaOH溶液中20min-100min，清洗3-5次，随后在50-120℃条件下干燥2-5h；