[发明专利]一种具有多层梯度结构的聚醚酰亚胺基复合介质及其制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种具有多层梯度结构的聚醚酰亚胺基复合介质及其制备方法及其应用，属于储能电介质技术领域。为解决提高储能介质的储能密度却造成其储能效率下降的问题，本发明提供了一种氧化铝和二氧化硅包覆的掺杂锆钛酸钡钙的钛酸钡/聚醚酰亚胺复合材料，所述复合材料为厚度为10～18μm的薄膜,其基体为聚醚酰亚胺,填料为氧化铝和二氧化硅包覆的掺杂锆钛酸钡钙的钛酸钡纳米纤维；其中锆钛酸钡钙的掺杂量为填料体积的10～50vol.％，所述填料的掺杂量为复合材料体积的1～3vol.％。本发明提供的复合材料兼具优异的储能密度和储能效率，将其应用于电介质电容器能进一步提高电介质电容器的综合储能性能。

技术领域

本发明属于储能电介质技术领域，具体涉及一种具有多层梯度结构的聚醚酰亚胺基复合介质及其制备方法及其应用。

背景技术

全球快速增长的电力需求和电气化的增加需要高性能的电子元件，用于工业部门、运输、大型电器和其他领域的电力系统的开发和创新。静电电容器是现代电子设备和电力系统中最重要的无源元件之一，它利用固态介质材料的电极化特性来存储、控制和调节电荷。例如，大功率电子、电网可再生能源、混合电动汽车、电气化飞机、信息技术和电磁斥力系统的发展都迫切需要高性能静电电容器。静电电容器的电容性能很大程度上取决于其介电材料，介电材料是电容器技术的核心材料成分。因此，先进的介电材料是制造高性能静电电容器的一种可行且最有前途的方法。

已被用于商业用途的双向拉伸聚丙烯（BOPP，Biaxially orientedpolypropylene film)作为先进的轻质材料被广泛应用于商业电介质电容器，然而，BOPP储能密度较低，仅为~2 J/cm³，仍然无法满足当代社会的需求。随着科技的进步，使电介质电容器的储能介质具有更佳的储能性能成为研究的热点，其中提高储能介质的储能密度却伴随明显的储能效率的下降成为现阶段电介质储能材料领域亟需解决的问题。

发明内容

为解决提高储能介质的储能密度却造成其储能效率下降的问题，本发明提供了一种具有多层梯度结构的聚醚酰亚胺基复合介质及其制备方法及其应用。

本发明通过以下技术方案实现：

一种具有多层梯度结构的聚醚酰亚胺基复合介质，所述复合材料的厚度为10~18μm的薄膜，基体为聚醚酰亚胺，填料为氧化铝和二氧化硅包裹的含有BZCT颗粒的BT纤维，其中BZCT的掺杂量为填料体积的10~50vol.%，所述填料的掺杂量为一种具有多层梯度结构的聚醚酰亚胺基复合介质的体积的1~3vol.%，所述填料的长度为4~12µm，直径为120~160nm。

本发明所述一种具有多层梯度结构的聚醚酰亚胺基复合介质的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、制备BZCT颗粒：按一定质量体积比准备八水合氢氧化钡、氢氧化钙、乙酸、乙酰丙酮、乙酰丙酮锆、钛酸四丁酯溶液，将八水合氢氧化钡、氢氧化钙溶解于乙酸溶剂中，加热搅拌至溶液澄清后，停止加热，待冷却至室温后，加入乙酰丙酮溶液和乙酰丙酮锆，将混合溶液在室温下磁力搅拌至澄清；最后向上述澄清溶液中缓慢滴加钛酸四丁酯溶液，室温下磁力搅拌；最后将溶液用燃烧法烧结，经烘干、研磨、煅烧、研磨得到BZCT颗粒；

步骤二、制备BZCT/BT纺丝前驱体：

按一定的质量体积比准备氢氧化钡、乙酸、乙酰丙酮、钛酸四丁酯、步骤一所得的BZCT颗粒和聚乙烯吡咯烷酮，将氢氧化钡溶于乙酸溶液中，然后向所述氢氧化钡溶液中依次加入乙酰丙酮、钛酸四丁酯、聚乙烯吡咯烷酮﹐持续搅拌一定时间后，加入BZCT颗粒，再持续搅拌一定时间 ，形成BZCT/BT纺丝前驱体﹔

步骤三、制备晶态BZCT/BT纤维：

利用步骤二所得BZCT/BT纺丝前驱体进行静电纺丝，得到非晶态钛酸钡纤维置于一定温度下进行煅烧，得到晶态BZCT/BT纤维研磨后待用；

步骤四、制备氧化铝包覆的BZCT/BT纤维：