[发明专利]一种表面修饰的无机填充相/聚醚砜基复合电介质制备

说明书

本发明涉及一种表面修饰的无机填充相/聚醚砜基复合电介质制备，属于复合电介质储能材料的技术领域。为解决现有聚合物基电介质材料介电常数、储能密度和效率低的问题，本发明采用静电纺丝技术制备锆钛酸钡钙无机纤维，并用水热法对其进行铁酸铋‑钛酸锶包裹，并与线性聚合物PESU进行复合，通过热处理技术制备致密均匀的复合薄膜。填充相的掺杂量为复合材料的0～7wt.％。在无机填充相的含量为2wt.％时，在500kV/mm的电场下，储能密度可达到10.5J/cm³，效率高到84.2％。本发明制备工艺流程简便，拥有优异的介电与储能性能，易于推广实施。

技术领域

本发明属于介质电容器领域，本发明涉及一种表面修饰的无机填充相/聚醚砜基复合电介质制备的方法。

背景技术

介电电容器对于混合动力汽车和太阳能转换器等领域有着广泛的应用前景。在储能器件中，燃料电池有很强的储能能力，但由于工作时极化限制，载流子移动慢，其功率输出有限；在电化学储能中，锂离子电池占比最大，但锂离子电池存在安全性的危险；超级电容器的使用寿命长，但电解质容易泄露、价格昂贵限制了其发展；电介质电容器由于具有较长的使用周期、良好的温度稳定性，以及较高的功率密度等优点被给予广泛的研究，但储能密度有限。这意味着当电介质电容器作为储能设备，所要占据较大的空间，这将极大限制了在现代电力电子领域的发展，制约了电介质电容器在转换器、逆变器以及大功率微波器件等方面的应用。

发明内容

本发明目的是为了解决电介质介电常数、储能密度、效率低的问题。本发明涉及一种表面修饰的无机填充相/聚醚砜基复合电介质制备的方法。

本实验的技术方案：

一种具有表面修饰的无机填充相/聚醚砜基复合电介质，其特征在于所述表面修饰的无机填充相/聚醚砜基复合电介质中含有锆钛酸钡钙@铁酸铋-钛酸锶纳米纤维(BZCT@BFSTO NFs)，所述BZCT@BFSTO NFs为核壳纤维结构，核层为锆钛酸钡钙(0.5Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃-0.5(Ba_0.7Ca_0.3)TiO₃)，壳层为铁酸铋-钛酸锶。聚合物基体为聚醚砜(PESU)。

进一步的，所述一种表面修饰的无机填充相/聚醚砜基复合电介质制备，其特征在于，所述无机填充相在复合薄膜中的质量百分含量为1wt.％、2wt.％、3wt.％、5wt.％、7wt.％。

进一步的，一种表面修饰的无机填充相/聚醚砜基复合电介质制备，其特征在于，复合薄膜的厚度为8～20um。

一种表面修饰的无机填充相/聚醚砜基复合电介质制备的方法：

步骤一：

采用乙酸作为溶剂，乙酰丙酮作为稳定剂。八水合氢氧化钡、氢氧化钙和乙酰丙酮锆作为固体溶质，钛酸四丁酯作为液体溶质。首先，把八水合氢氧化钡和氢氧化钙加入乙酸溶剂中进行加热搅拌，待溶液澄清后停止加热。其次，加入乙酰丙酮和乙酰丙酮锆粉末，溶液澄清后加入一定量的钛酸四丁酯溶液。最后，再将聚乙烯吡咯烷酮粉末加入到透明溶液中并剧烈搅拌。最后，在室温条件下进行陈化，形成稳定的锆钛酸钡钙前驱体溶液。

步骤二：

将步骤一所得的锆钛酸钡钙前驱体溶液吸入注射器，准备进行纺丝。保证注射器的推进速度设置为一定值，接收器的转速设置合适值，注射器至接收器的距离一定，注射器和接收器同时施加电压。将纺丝得到的前驱体纤维放在马弗炉内进行煅烧，将煅烧后的纤维进行充分研磨，得到锆钛酸钡钙纳米纤维(BZCT NFs)。

步骤三：