[发明专利]一种可拉伸的高储能密度介电复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种可拉伸的高储能密度介电复合材料的制备方法，属于高分子复合材料合成技术领域，本发明首先制备含分子链内双键的聚合物基质，然后对陶瓷填料的表面改性得到巯基改性的钛酸钡，然后将聚合物基质与陶瓷填料利用巯基和双键在两相界面处构建共价键，得到介电复合材料。通过在复合材料的界面处构建共价键来提高介电复合材料不同组分之间的界面粘附力，进一步提高了两相间的相互作用力，为实现良好的拉伸性能和高储能密度提供了条件，减少复合材料内部的结构缺陷，显著的提高了复合材料的机械性能和击穿性能，并成功抑制了复合材料的介电损耗，为制备高储能密度的复合材料提供了新方法。

技术领域

本发明涉及高分子复合材料合成技术领域，具体涉及一种可拉伸的高储能密度介电复合材料的制备方法。

背景技术

随着微电子技术的更新换代，广泛应用在电子器件中的电容器也朝着轻型化、小型化的方向发展，而电介质材料的储能密度直接决定了电容器的体积和性能。聚合物基介电复合材料不仅具有聚合物材料的良好柔韧性和高击穿强度等特点，而且保持了陶瓷填料的高介电常数的优点，最终实现高储能密度。但是，当陶瓷填料在复合材料中的掺杂量较高时，会出现填料在复合材料内部发生团聚，聚合物基质和陶瓷填料的相容性变差以及复合材料的机械性能变差等问题。为了解决这些问题，最有效的方法就是对填料进行表面改性以降低陶瓷填料的表面能实现均匀分散，并增强陶瓷填料和聚合物基质的界面粘附力以提高两者的相容性。目前，已报道了用不同种类的改性剂对陶瓷填料进行表面改性，其中包括以硅烷偶联剂为代表的有机小分子，以聚多巴胺为代表的聚合物等等，这些改性方法都能够通过降低填料和聚合物基质在界面处的表面能或者介电常数等差异最终提高两者的相容性。

目前，在填料表面接枝有机物壳层来提高填料和聚合物基质之间的相互作用力的方法，主要是依靠填料表面的有机物壳层和聚合物基质之间形成以氢键为代表的分子间作用力以及壳层聚合物和聚合物基质之间高分子链的物理纠缠来实现的。然而范德华力和聚合物链之间的物理纠缠作用力较弱，没有共价键的强度高，所以本发明提出了在填料和聚合物基质的界面处构建共价键来更好地提高两相间的界面作用力，以减少复合材料内部的结构缺陷进而实现高储能密度。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种可拉伸的高储能密度介电复合材料的制备方法，通过在复合材料的界面处构建共价键来提高介电复合材料不同组分之间的界面粘附力，为实现良好的拉伸性能和高储能密度提供了条件，减少复合材料内部的结构缺陷，显著的提高了复合材料的机械性能和击穿性能，并成功抑制了复合材料的介电损耗。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种可拉伸的高储能密度介电复合材料的制备方法，首先制备含分子链内双键的聚合物基质，然后对陶瓷填料的表面改性得到巯基改性的钛酸钡，然后将聚合物基质与陶瓷填料利用巯基和双键在两相界面处构建共价键，得到介电复合材料。

优选的，所述一种可拉伸的高储能密度介电复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)含分子链内双键的聚合物基质的制备：将聚(偏氟乙烯-三氟氯乙烯)溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，然后加入三乙胺，升温、搅拌反应得到聚合物基质，记为P(VDF-CTFE-DB)；

(2)陶瓷填料的表面改性：将钛酸钡纳米粒子分散于过氧化氢水溶液中反应得到羟基化的钛酸钡，记为BT-OH，然后将得到的BT-0H与γ-巯丙基三甲氧基硅烷反应，得到巯基改性的钛酸钡，记为BT-SH；

(3)复合材料的制备：将上述得到的BT-SH、P(VDF-CTFE-DB)在溶剂中混合反应得到复合物，记为BT-P(VDF-CTFE-DB)，然后将复合物加入到溶剂中，搅拌形成分散均匀的铸膜液，加入BPO，搅拌完全溶解后刮膜，然后在高温下以实现聚合物基质的交联并快速蒸发溶剂定型，所得复合薄膜记为BT-SH-c-P(VDF-CTFE-DB)。

进一步优选的，所述步骤(1)的具体步骤如下：