[发明专利]一种高储能密度Ag/BaTiO3/PVDF三元复合物的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及高储能密度金属/无机/有机三元复合物，特别涉及一种Ag/BaTiO₃/PVDF三元复合物的制备方法，属于复合材料制备技术领域。

背景技术：

现代电力电子装置都力求具有成本低、体积小、重量轻以及比功率大等特性，而满足上述需求的关键是开发出具有高储能密度的电介质材料。在脉冲功率设备中，作为储能元件的电容器占有很大的比重，是极为重要的关键部件。提高电容器的储能密度，将有效地减小大功率脉冲电源的体积。电容器中，两金属电极之间储存能量的绝缘材料的体积储能密度可按式(1-1)计算。

Di＝1/2εE²                (1-1)

其中，Di是材料的储能密度，ε是材料的介电常数，E是材料的击穿场强。

由此可见，提高电容器储能密度的方法有两种：(1)提高ε值，这意味着采用高介电常数的材料。但现有高介电常数材料均为极性材料，一般电导率较大，击穿场强较低；(2)提高击穿场强E，这是目前一条最重要也是最有效的途径。现有技术的解决途径主要是向聚合物中添加高介电常数的陶瓷材料，以提高聚合物的介电常数为目的，显著的缺点是击穿场强提高不明显，这实际上并未从根本上提高材料的储能密度。因此，制备出能同时提高介电常数和击穿场强的复合材料是解决问题的最有效方法。

文献《新型高介电常数无机/有机三元复合材料及其制备方法》(南策文等，CN02131239.7)报道，采用机械共混法制备了Ni/PVDF/BaTiO₃三相复合材料。这种方法可使复合材料的介电常数得以提高，但是由于掺入的Ni量很大，导致材料的击穿场强很低，实际上并未提高复合材料储能密度，其使用的局限性在于不能同时提高复合材料的介电常数和击穿场强。文献《Novel Ag-BaTiO₃/PVDF three-component nanocomposites with high energy density and the influence of nano-Ag on the dielectric properties》(S.L.Jiang等，《Current Applied Physics》，2008)报道，采用固相法制备了纳米Ag/BaTiO₃/PVDF三相复合材料。这种方法制备的复合材料虽然提高了材料的击穿场强，但是由于使用了价格昂贵的15nmAg，造成材料的制造成本提高。另一方面，由于直接混入的纳米Ag颗粒引起的团聚问题，影响了其在聚合物中产生库伦阻塞效应的程度，总的结果是击穿场强提高不明显。针对上述现有技术存在的问题，本申请人提出了本发明。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高储能密度Ag/BaTiO₃/PVDF三元复合物的制备方法，用紫外光照射溶解有PVDF和BaTiO₃的N，N-二甲基甲酰胺悬浮液中的硝酸银，使其发生原位光分解反应生成纳米Ag并直接良好地分散在悬浮液中，所得三元复合物的介电常数和击穿场强同时得到了提高，这种制备复合材料的工艺不仅简单，而且避免了直接使用高成本纳米Ag和由此带来的团聚问题。

本发明一种高储能密度Ag/BaTiO₃/PVDF三元复合物的制备方法，通过紫外光照射溶解有PVDF和BaTiO₃的N，N-二甲基甲酰胺悬浮液中的硝酸银，使硝酸银发生原位光分解反应生成纳米Ag，并直接分散在PVDF和BaTiO₃的N，N-二甲基甲酰胺悬浮液中，经干燥、去除溶剂制得粉状Ag/BaTiO₃/PVDF三元复合物，具体步骤和方法为：

(1)光分解前混合物悬浮液的配制：将硝酸银和PVDF溶于N，N-二甲基甲酰胺中，然后加入纳米级BaTiO₃粉体，在超声波条件下进行分散和搅拌，得到光分解前的混合物悬浮液，待用。其中，PVDF、BaTiO₃和硝酸银的质量比为：100∶(15～30)∶(0.1～1)。