[发明专利]一种钛酸钡/聚合物复合材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种钛酸钡/聚合物复合材料，由表面原位修饰有刚性聚合物的钛酸钡和聚合物基体复合而成。所述表面原位修饰为通过钛酸钡表面官能化、链转移、单体聚合步骤在钛酸钡的表面原位聚合形成刚性聚合物。此外，本发明还公开了所述的钛酸钡/聚合物复合材料的制备方法和应用。本发明中，所述的表面原位聚合修饰有超厚的刚性聚合物的钛酸钡有效克服了无机颗粒和有机高分子材料相容性不好和混合不均匀的问题，获得了高抗击穿电场和高储能密度的复合材料。

技术领域

本发明涉及一种钛酸钡/聚合物复合材料技术领域，具体涉及一种高储能密度的钛酸钡/聚合物复合材料以及制备方法和应用。

背景技术

电容器因为具有超高功率密度而被广泛应用在电子工业领域，然而其相对锂电池、太阳能电池等其它储能器件具有较低的能量密度，大大限制了其应用前景。根据能量密度的计算公式E＝εE_b²/2，ε为材料的介电常数，E_b为材料的击穿电场，发现介电材料的储能密度与其介电常数和抗击穿电场直接相关，其中抗击穿电场值在公式中为二次方项，因此提高介电材料的抗击穿电场可以更有效地提高其储能密度。陶瓷/聚合物介电复合材料因其结合了陶瓷的高介电常数和聚合物的高抗击穿电场以及柔性而被广泛研究。

陶瓷/聚合物复合物中由于两相性质的差异，会普遍存在分散性和相容性两大问题。这些问题将严重影响复合物的抗击穿电场值，从而限制了复合材料储能密度的提高。针对这些问题，研究者们开展了大量的工作，其中陶瓷颗粒表面修饰是一种有效的办法可以改善上述问题。目前报道的修饰方法大都是在陶瓷颗粒表面吸附或者包覆柔性小分子或聚合物，形成一层树脂层，然而该树脂层厚度通常保持在较低的值，比如2～6nm，无法有效地将整个被修饰的陶瓷粒子包裹，上述的问题无法得到显著改善。因此，开发一种更有效的修饰方法对突破当前复合物储能密度低的瓶颈问题将具有重大意义。

发明内容

为解决现有陶瓷/聚合物复合材料中陶瓷颗粒和聚合物基体的分散性和相容性差等问题，本发明提供了一种钛酸钡/聚合物复合材料，旨在提高所述复合材料的储能密度。

本发明还提供了一种所述钛酸钡/聚合物复合材料的制备方法，旨在提供一种改善陶瓷颗粒在聚合物基体中分散性和相容性的方法。

此外，本发明还提供了一种所述钛酸钡/聚合物复合材料的应用。

一种钛酸钡/聚合物复合材料，其特征在于，由表面原位修饰有刚性聚合物的钛酸钡和聚合物基体复合而成。

作为优选，所述表面原位修饰为通过钛酸钡表面官能化、链转移、单体聚合步骤在钛酸钡的表面原位聚合形成刚性聚合物。

所述的表面官能团化依次为在钛酸钡表面羟基化、氨基化。

所述的刚性聚合物为液晶高分子。

作为优选，所述的刚性聚合物为聚乙烯基对苯二甲酸二(对甲氧基苯酚)酯、纤维素、含氟聚合物中的至少一种。

进一步优选，所述的刚性聚合物为聚乙烯基对苯二甲酸二(对甲氧基苯酚)酯(PMPCS)。

本发明中，所优选的PMPCS为液晶高分子，其主链产生强大的空间效应，迫使烯烃主链采取伸直链构象，从而诱导整个分子链形成柱状相，可以通过设计不同分子量来实现对分子链长度的精确控制。同时可以有效改善钛酸钡(陶瓷)在聚合物基体中的分散性和相容性，从而提高复合物膜的抗击穿电场和储能密度。

作为优选，所述的钛酸钡形貌为纳米球、纳米线、纳米棒、纳米管、纳米片中的至少一种。

进一步优选，所述的钛酸钡形貌为纳米线。