[发明专利]高储能密度电介质材料及其制备方法

说明书

高储能密度电介质材料及其制备方法和应用，它涉及一种多层结构的高储能密度有机‑无机复合材料及其制备方法和应用。本发明的目的是要解决现有高储能密度的聚合物复合材料的介电常数低，耐压强度低的问题。一种高储能密度电介质材料由有机‑无机复合膜和有机膜叠加制成，或由多层有机‑无机复合膜叠加制成。方法：先制备有机‑无机复合浆料，然后涂覆基材上，依据叠层要求依次涂覆有机‑无机复合浆料或放一层有机膜形式叠加，再依次经过热压复合和固化，即得到高储能密度电介质材料。本发明主要用于制备高储能密度电介质材料。

技术领域

本发明一种多层结构的高储能密度有机-无机复合材料及其制备方法。

背景技术

具有高充放电速度和高功率密度的介电电容器在电力系统、脉冲功率电源等方面扮演着重要角色。近年来以智能物联网和可穿戴技术为代表的新一代信息技术和产业对电子系统的高集成度、小型化、轻量化和高密度化的需求驱使传统陶瓷电介质材料迅速减薄，漏电流急剧增加。因此寻找新型高储能密度电介质材料已经成为信息功能材料和微电子领域的前瞻性研究课题。高储能密度聚合物复合电介质材料由于工艺简单、成本低廉、易与柔性基体兼容以及适合大面积生产等优点已成为学术和产业界关注的热点。

根据介电材料储能密度的定义(公式1)，介质材料的能量密度主要取决于电场强度E和电位移矢量D，对于一般的线性介电材料的储能密度U_e则可以简化为公式2，其中ε₀与ε_r分别是真空和介质材料的介电常数，E_B是介电击穿强度。

因此同时提高材料的介电常数和击穿强度可以最大限度地提高介电材料的储能密度。

为了获得高储能密度的聚合物复合材料，目前通用的方法包括：第一、依据有效介质理论，在聚合物基体中填充各类高介电陶瓷填料构筑0-3型高介电聚合物复合材料。但是这种通过陶瓷的添加量来调控复合材料的介电特性的方法对于复合材料介电常数的提高仍然有限，同时大量填料的引入必然导致大量缺陷，从而降低材料的耐压强度。

发明内容

本发明的目的是要解决现有高储能密度的聚合物复合材料的介电常数低，耐压强度低的问题，而提供高储能密度电介质材料及其制备方法。

一种高储能密度电介质材料，其特征在于高储能密度电介质材料由有机-无机复合膜和有机膜叠加制成，且高储能密度电介质材料的最外层为有机-无机复合膜，所述高储能密度电介质材料的厚度为8μm～500μm。

一种高储能密度电介质材料的制备方法，其特征在于一种高储能密度电介质材料的制备方法是按以下步骤完成的：

一、制备有机-无机复合浆料：①、将有机基体加入到溶剂A中，在温度30～60℃下搅拌超声10min～120min，得到有机基体溶液；②、将无机填料超声搅拌分散于溶剂B中，得到悬浮液，然后将悬浮液超声搅拌分散于有机基体溶液中，再加入助剂，超声搅拌混合均匀，得到混合物，将混合物倒入球磨罐中以300rpm～700rpm的转速球磨10h～22h，得到有机-无机复合浆料；所述溶剂B与溶剂A是同一种物质；

二、重复步骤一操作制备若干份有机-无机复合浆料，且若干份有机-无机复合浆料的材质相同或材质不同；

三、在若干份有机-无机复合浆料取出两份分别涂覆于两个基材上，待溶剂完全挥发后，得到两个片材；

四、取步骤三得到的两个片材中一个作为基体片材，另一个作为顶面片材，在基体片材的涂层上按照高储能密度电介质材料叠层要求依次涂覆有机-无机复合浆料或者放一层有机膜，每次涂覆有机-无机复合浆料先进行溶剂挥发过程，当溶剂完全挥发后继续操作，最后将顶面片材以涂层在下的形式叠加，热压复合，然后在温度为80～200℃下固化60min～180min，即得到高储能密度电介质材料；所述高储能密度电介质材料的厚度为8μm～500μm；