[发明专利]一种累托石基抗击穿储能聚合物复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明的一种累托石基抗击穿储能聚合物复合薄膜及其制备方法。方法如下：S1：取聚合物粉末与有机溶剂常温搅拌溶解得到均匀溶液；S2：将钠化插层改性的累托石悬浊液与钛基柱撑溶液混合完成钛化，用蒸馏水洗涤溶液，离心并烘干产物，煅烧得到累托石/二氧化钛；S3：将无机介电材料、累托石/二氧化钛与步骤S1制备的均匀溶液按照质量比1:1‑10混合，超声搅拌得到均质混合液；S4：将步骤S3得到的混合液浇筑成膜；其中步骤S1和S2无先后顺序。本发明以黏土矿物累托石作为介电抗击穿功能组分引入聚合物介质薄膜体系，通过与无机介电材料复合达到保持介电常数的同时，提升体系抗电性能，以提升聚合物介质的能量密度和充放电效率。

技术领域

本发明涉及聚合物基介电储能薄膜材料技术领域，尤其涉及一种累托石基抗击穿储能聚合物复合薄膜及其制备方法。

背景技术

本发明涉及技术领域，具体涉及一种累托石基抗击穿储能聚合物复合薄膜的制备方法。

近年来，以介质电容器为代表的物理静电电容储能因其超快的充放电速率、极高的功率密度和优异的循环稳定性等优势，已成为电力输送、电动汽车、医疗设备、大功率武器、雷达和风力发电等应用中最常用的储能设备之一。但是，聚合物电介质的储能密度(U)低，无法满足电子电力系统不断增长的需求。U是电位移(D)和外部电场(E)的函数，可以表示为：

U＝∫EdD (1)

忽略损耗与极化饱和等情况时，可进一步简化，对于线性电介质材料，其单位体积的最高储能密度(U，J/cm³)与材料的介电常数(ε_r)及击穿强度(E_b，kV/mm)的平方成正比：

式中：E_b是材料由绝缘转变为导电之前可以承受的外部电场的临界值；ε_r是介电常数；ε₀是真空介电常数。从式(2)可以清楚地看出，U与ε_r和E_b正相关，因此提高聚合物电介质的ε_r和E_b是开发具有高储能密度聚合物薄膜电容器的有效策略。在大量研究中，通常以铁电粒子及其它高介电无机粒子填充聚合物来达到制备高介低耗的高储能聚合物基复合电介质的目的。但大量铁电粒子填料的加入会造成不可避免的团聚，导致填料在基体中分散程度差。此外，导电填料在逾渗值附近便可实现介电常数数量级的增加，但却总伴随着E_b的降低、漏电流和介电损耗的增加，降低材料的能量密度和放电能量效率，恶化器件性能。为此，目前研究中的解决策略主要围绕引入稳定抗击穿介质与铁电材料多元界面复合达到同步提升介电常数和抗击穿性能的效果。稳定的抗击穿介质以氮化硼纳米片、氟化石墨烯和抗电性好的无机粒子如纳米二氧化硅、氧化铝等为主。这些研究中采用的抗击穿介质组分多为人工合成，价格昂贵，且大多数物质与聚合物的相容性很差，也很难做到与铁电组分有机结合，往往需要做相容改性处理。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种累托石基抗击穿储能聚合物复合薄膜及其制备方法。

本发明的一种累托石基抗击穿储能聚合物复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

S1:取聚合物粉末与有机溶剂常温搅拌溶解得到均匀溶液；

S2：将钠化插层改性的累托石悬浊液与钛基柱撑溶液混合完成钛化，用蒸馏水洗涤溶液，离心并烘干产物，煅烧得到累托石/二氧化钛；

S3:将无机介电材料、步骤S2合成的累托石/二氧化钛与步骤S1制备的均匀溶液按照一定质量比混合，超声搅拌得到均质混合液；

S4:将步骤S3得到的混合液浇筑成膜；

其中步骤S1和S2无先后顺序。