[发明专利]一种全有机三明治结构电介质薄膜及其制备方法

说明书

本发明属于介质薄膜电容器技术领域，具体涉及一种全有机三明治结构电介质薄膜及其制备方法。本发明提供的全有机三明治结构电介质薄膜，包括有机基膜以及分别层叠设置于所述有机基膜上表面的第一涂层膜和下表面的第二涂层膜；所述第一涂层膜和第二涂层膜为派瑞林聚合物膜。本发明提供的电介质薄膜具有三明治结构，介电常数、击穿强度在单一组分聚合物电介质的基础上得到有效提高，从而大大提升能量密度；避免了因无机粒子引入导致的介电损耗的增加与击穿强度的降低，同时也可以避免由于界面电场集中导致的击穿场强和能量密度的大幅下降，同时缓解介电损耗，可在较宽的频率范围内保持低损耗因子。

技术领域

本发明属于介质薄膜电容器技术领域，具体涉及一种全有机三明治结构电介质薄膜及其制备方法。

背景技术

介质薄膜电容器具有高介电常数、低损耗等优点，广泛应用于高性能电子器件和电力系统中。对于薄膜电容器的小型化和优化，迫切需要具有高能量密度和高放电效率的电介质。因此，介电薄膜追求高介电常数和高击穿强度，以及低损耗因数。与柔韧性差、能量密度不足的陶瓷电介质相比，全有机聚合物材料具有高击穿强度、低损耗因子、优异的柔韧性、极好的可靠性和极好的设计自由度，在薄膜电容器应用中具有巨大潜力。

单组分聚合物(如聚氨酯、聚脲、聚硫脲和聚酰亚胺)通过分子设计得到了广泛研究，但是，因介电参数相互耦合，其能量密度的提高有限，难以满足现代应用领域对电介质薄膜的要求。

目前，双取向聚丙烯(BOPP)薄膜电容器是较为广泛使用的聚合物电介质电容器。在所有介电材料中，BOPP在1kHz时具有出色的低介电损耗(约0.02％)和高击穿强度(约640MV/m)。但是由于非极性结构导致的低介电常数(K＝2.2)，导致其能量密度较低。虽然已经研究了几十年，但能量密度仍然远低于1.2J/cm³。此外，BOPP薄膜的工作温度较低(105℃)，进一步限制了应用范畴。

长期以来，高能量密度性能的优化方法一直是将高介电常数无机陶瓷掺杂到聚合物基体中，以合成有机-无机介电复合材料。然而，由于聚合物基体和无机陶瓷的介电性能和电导率存在巨大差异，很容易在电场形成的无机-有机界面处发生畸变，导致击穿性能恶化。且陶瓷填料具有相对较高的介电损耗，降低了介电材料的储能效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全有机三明治结构电介质薄膜及其制备方法，本发明提供的全有机三明治结构电介质薄膜的介电常数、能量密度与耐热性能得到显著提高。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种全有机三明治结构电介质薄膜，包括有机基膜2以及分别层叠设置于所述有机基膜2上表面的第一涂层膜1和下表面的第二涂层膜3；所述第一涂层膜1和第二涂层膜3为派瑞林聚合物膜。

优选的，所述有机基膜2包括双向拉伸聚丙烯膜、聚酰亚胺膜、聚醚酰亚胺膜、聚丙烯膜、聚醚醚酮膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚对萘二甲酸乙二醇酯膜、聚偏二氟乙烯膜、聚碳酸酯膜、聚苯硫醚膜、聚四氟乙烯膜、聚乙烯膜、聚苯乙烯膜、聚氯乙烯膜、聚二甲基硅氧烷膜、可溶性聚四氟乙烯膜或聚氨酯膜。

优选的，所述第一涂层膜1和第二涂层膜3独立地为C型派瑞林聚合物膜、N型派瑞林聚合物膜、D型派瑞林聚合物膜或F型派瑞林聚合物膜。

优选的，所述有机基膜2、第一涂层膜1和第二涂层膜3的厚度独立的为0.01～50μm。

本发明提供了上述技术方案所述的全有机三明治结构电介质薄膜的制备方法，包括以下步骤：

采用化学气相沉积聚合，以派瑞林聚合物前驱体为原料，在所述有机基膜2的上表面和下表面分别制备第一涂层膜1和第二涂层膜3，得到所述全有机三明治结构电介质薄膜。