[发明专利]聚酰亚胺介电薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚酰亚胺介电薄膜及其制备方法和应用，该制备方法包括：在惰性气体保护下，将聚酰亚胺介电薄膜的原料与极性有机溶剂混合，搅拌反应，得前驱体混合溶液，脱泡后流延成膜，进行热处理；聚酰亚胺介电薄膜的原料包括芳香族二胺类化合物、芳香族四甲酸二酐类化合物和纳米粉体，纳米粉体的能带隙大于4eV；或者，聚酰亚胺介电薄膜的原料包括芳香族二胺类化合物二和芳香族四甲酸二酐类化合物二，芳香族二胺类化合物二和芳香族四甲酸二酐类化合物二中含有羰基、醚键、氰基、胺基、砜基、亚甲基中的至少一种。本发明聚酰亚胺介电薄膜的制备方法工艺简单，成本低，所制得聚酰亚胺介电薄膜具有高介电常数、高储能密度和高温高电场稳定性。

技术领域

本发明涉及膜电容器技术领域，尤其是涉及一种聚酰亚胺介电薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

介电电容器是各种电能储存装置中的一种特殊装置，因为其能在极短的时间内(微妙级)释放储存的能量，产生强烈的功率脉冲。这种能力使许多脉冲功率应用成为可能，如医疗除颤、横向激励的大气激光器和先进的电磁系统，其中电容器将低功率、长时间的输入转换为高功率、短时间的输出。最近，与可再生能源相关的新型产品，如混合动力汽车(HEV)、并网光伏发电和风力发电机，对介电电容器产生了巨大的需求。而由于这些产品往往应用于大功率、大电流和高温条件下，如混合动力汽车逆变器中的电容器工作温度为140℃，地下油气勘探中甚至可达250℃以上，因此，迫切需要介电电容器具有更高的储能密度和更高的耐温工作能力。

目前的商用介电储能电容器通常采用BOPP薄膜电容器，在汽车电子逆变器中的应用则需要采用冷却系统降温以保证其正常工作，这给集成电力系统带来了额外的能量消耗，降低了其可靠性和效率，此外，BOPP的介电常数较低(2.25)，导致其能量密度也不高(3J/cm³)。目前，有许多工程聚合物已被用作高温应用的介电材料，如聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺酰亚胺(PAI)等。其中，相较于其他材料，聚酰亚胺具有更高的耐热能力(Tg≈360℃)，同时具有优良的机械性能、耐辐射性和稳定性，但其在高温高电场下急剧增加的漏电流，会引起较高的电导损耗，最终导致其储能密度大富下降。此外，普通的芳香PI本身介电常数较低(约为3.4)，很难获得高的极化强度，无法满足电子器件对于小型化、轻量化和高温环境应用的需求。通过掺杂高介电常数的陶瓷粒子(如BT、CCTO等)虽能大幅提高复合材料的介电参数，但同时也导致了击穿场强降低和介电损耗增加，且高温下性能恶化更为严重，不符合实际应用。因此，亟需寻求一种具有高储能密度和高温高电场稳定性的介电复合薄膜的制备方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种聚酰亚胺介电薄膜及其制备方法和应用，该制备方法工艺简单，成本低，所制备的聚酰亚胺介电薄膜具有高介电常数和高储能密度，且其耐高温，具有高电场稳定性。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一方面，提供一种聚酰亚胺介电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、在惰性气体的保护下，将聚酰亚胺介电薄膜的原料与极性有机溶剂混合，搅拌反应，制备前驱体混合溶液；

所述聚酰亚胺介电薄膜的原料包括芳香族二胺类化合物一、芳香族四甲酸二酐类化合物一和纳米粉体，所述纳米粉体的能带隙大于4eV；或者，所述聚酰亚胺介电薄膜的原料包括芳香族二胺类化合物二和芳香族四甲酸二酐类化合物二，所述芳香族二胺类化合物二和所述芳香族四甲酸二酐类化合物二中含有羰基(-C(＝O)-)、醚键(-O-)、氰基(-CN-)、胺基(-NH-)、砜基(-SO₂-)、亚甲基(-CH₂-)中的至少一种极性基团；

S2、将所述前驱体混合溶液进行真空脱泡，而后流延成膜，再进行热处理，得到聚酰亚胺介电薄膜。