[发明专利]聚合物基陶瓷复合介电材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电介质材料生产领域，尤其是涉及一种聚合物基陶瓷复合介电材料及其制备方法。

背景技术

混合动力汽车作为清洁、高效和可持续发展的交通工具，既对改善空气质量、保护环境具有重大意义，又为日益严重的石油危机提供了解决方法，因此成为目前世界各国争先开发的一项高新技术。混合动力汽车需要大功率模块化的实现DC/AC变换的逆变器(变换器)平台，在该逆变器中电容器起着非常关键的作用。而现有的电容器体积庞大，占逆变器模块近一半的体积，不能满足伴随混合动力汽车的小型化、轻量化而来的逆变器小型化、轻量化的要求。鉴于此，迫切需要开发出高储能密度的电介质材料以实现电容器等电子元件乃至逆变器小型化、轻量化的要求。

聚合物基纳米复合电介质材料结合了电介质陶瓷的高介电性能和聚合物的密度小、柔韧性好、易成型等特点，且加工温度低、工艺简单、适合于工业化生产。目前，国内外的研究主要集中在提高单层复合材料的介电常数上。例如，J.Kulek等将钛酸钡(BaTiO₃)和聚偏二氟乙烯(PVDF)粉体在氮气气氛下直接混合，并在450K、600MPa的条件下进行热压处理，在BaTiO₃含量为30vol％时，复合材料的介电常数为32。党智敏等将BaTiO₃与PVDF共混，当BaTiO₃含量高达50vol％时，复合材料的介电常数仅为41。然而，这类研究工作的特点基本上都是通过大量添加BaTiO₃来提高复合材料的介电常数。不利的是，随着无机物(BaTiO₃)加入量的增加，使得BaTiO₃在聚合物基体内分布不均匀或形成大量团聚，这一方面引起复合材料柔韧性明显下降，加工性能差；另一方面过量的BaTiO₃不能发挥其应有的介电性能，致使材料介电常数的提高受到一定限制，最终导致材料整体性能不能满足应用需求。因此，迫切需要制备一种具有高介电常数以及加工性能良好的聚合物基复合介电材料。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种具有高介电常数且具有良好加工性能的聚合物基陶瓷复合介电材料。

本发明的另一个目的在于提供一种储电能力强、小型、轻型的电容器。

本发明的再一个目的在于提供一种具有高介电常数的聚合物基陶瓷复合介电材料的制备方法。

根据本发明第一方面的实施例的聚合物基陶瓷复合介电材料，由多层介电材料层构成，所述多层介电材料层包括：第一聚偏二氟乙烯层；以及复合材料层，所述复合材料层设在所述第一聚偏二氟乙烯层的一侧表面上且含有90～50vol％的聚偏二氟乙烯和10～50vol％的纳米钛酸钡。

根据本发明上述实施例的聚合物基陶瓷复合介电材料，由于相邻两层介电材料层中纳米钛酸钡含量不同因而具有不同的介电常数，而介电常数差异将在层间界面处产生界面极化，由此提高聚合物基陶瓷复合介电材料整体的介电常数；此外，由于第一聚偏二氟乙烯层的存在以及聚合物基陶瓷复合介电材料总体钛酸钡添加量的降低，有效地保证了聚合物基陶瓷复合介电材料良好的加工性能，以及聚合物基复合介电材料与电极材料的结合性，避免了电极的剥离。

另外，根据本发明实施例的聚合物基陶瓷复合介电材料，还可以具有下列附加技术特征：

可选地，所述复合材料层由多层复合材料子层构成，且所述复合材料子层中的纳米钛酸钡的含量从与所述第一聚偏二氟乙烯层相邻一侧向着另一侧逐层增加。因此，通过设置多层复合材料子层，利用各子层间界面处产生的界面极化可以进一步增加材料整体的介电常数。

优选地，所述第一聚偏二氟乙烯层的厚度为20μm～100μm，各所述复合材料子层的厚度分别为20μm～300μm。由此，不仅能够使根据本发明实施例的聚合物基陶瓷复合介电材料具有很高的介电常数，而且能够使根据本发明实施例的聚合物基陶瓷复合介电材料具有良好的加工性能。