[发明专利]有机无机杂化复合材料、制备方法和采用复合材料的电容

说明书

本发明提供了一种有机无机杂化复合薄膜材料，包括：无机纳米颗粒以及有机物母体；其中，所述无机纳米颗粒表面具有烯烃类的聚合物有机壳层。本发明还提供了一种复合材料电容，包括：两个电极层，以及位于两个电极层之间的采用所述有机无机杂化复合薄膜材料形成介电层。本发明还提供了一种有机无机杂化复合薄膜材料制备方法。本发明降低了纳米颗粒表面能，避免在制备复合材料薄膜过程中，颗粒在聚合物母体中的团簇和聚集，提高了无机物与有机物母体的相容度，降低了在外加电场诱导下的电场分布不均匀性，从而提高了材料的击穿电场强度及其储能密度。

技术领域

本发明涉及复合物薄膜技术领域，尤其涉及一种有机无机杂化复合材料、制备方法和采用该种复合材料的高能量密度薄膜电容。

背景技术

将无机高介电材料纳米颗粒(如BaTiO₃，TiO₂和PZT等)引入有机聚合物中，形成复合材料，是获得高能量密度薄膜电容器材料的方法之一。复合材料兼具无机颗粒的高介电性和聚合物母体高击穿电场的优点。然而，在应用方面还存着一些问题需要解决。首先，由于无机纳米颗粒具有很高的表面能，导致颗粒的聚集和团簇，在聚合有机物母体中的分散性不高，使得其不能和聚合物母体很好的相结合，导致低介电常数、高介电损耗以及很差的机械性能。其次，由于介电常数的不同，在外电场诱导下，复合材料内的电场分布不均匀，这会大大降低材料的击穿电场强度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种有机无机杂化复合材料、制备方法和采用复合材料的电容，在无机纳米颗粒表面生长了一层有机壳层，从而降低了纳米颗粒表面能，避免在制备复合材料薄膜过程中，颗粒在聚合物母体中的团簇和聚集，提高了其在聚合物母体中的分散性。此外，无机颗粒表面通过羟基与有机物母体相连接，这种通过化学键合的包覆方式使有机物与无机物成为一个整体，这种有机无机杂化方法，提高了无机物与有机物母体的相容度。无机颗粒在聚合物母体中分散度、相容度的提高，降低了在外加电场诱导下的电场分布不均匀性，从而提高了材料的击穿电场强度及其储能密度。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种有机无机杂化复合薄膜材料，包括：无机纳米颗粒以及有机物母体；其中，所述无机纳米颗粒表面具有烯烃类的聚合物有机壳层。

优选的，所述无机纳米颗粒表面通过羟基与所述有机壳层相连接。

优选的，所述无机纳米颗粒为TiO₂或BaTiO₃。

优选的，所述有机物母体材质为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯吡咯烷、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚乙烯或基于聚偏氟乙烯的其它二相聚合物及三相聚合物。

优选的，所述有机壳层材质为聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯酸丁酯。

根据本发明的另一个方面，提供了一种复合材料电容，包括：两个电极层，以及位于两个电极层之间的介电层，所述介电层采用所述有机无机杂化复合薄膜材料形成。

根据本发明的另一个方面，提供了一种有机无机杂化复合薄膜材料制备方法，其特征在于，包括：

步骤A，将适量无机纳米颗粒加入到溶液中，进行超声处理，使所述无机纳米颗粒在溶液中均匀分散；

步骤B，在溶液中无机纳米颗粒均匀分散之后，加入适量烯烃类聚合物单体，搅拌均匀，单体在溶液中发生聚合反应生成聚合物有机壳层，离心分离并真空干燥处理后，得到具有有机壳层包裹层的无机纳米颗粒，即无机纳米颗粒@有机壳层；

步骤C，将适量有机物粉末，上述具有有机壳层包裹层的无机纳米颗粒加入溶液中，混合均匀后将其倒在玻璃板上，真空干燥得到无机纳米颗粒@有机壳层/有机物母体复合物薄膜；