[发明专利]一种陶瓷片晶取向分布的聚合物基介质材料及其制备方法

说明书

一种陶瓷片晶取向分布的聚合物基介质材料及其制备方法，方法在于将陶瓷粉末进行表面氨基化，再将树脂微球进行表面磺化，将表面磺化的聚合物微球与去离子水混合后，加入氨基化的陶瓷粉末搅拌，并逐滴加入戊二醛溶液，保温、清洗后烘干，得到复合粉体，置于模具，热压成型，获得陶瓷片晶取向分布的聚合物基介质材料，与现有技术比较，本发明将片状陶瓷粉体包覆在聚合物微球表面，形成具有核壳结构的聚合物微球/陶瓷片晶复合粉体，通过成型过程中聚合物微球的熔化变形对片状复合粉体产生扭转力，实现复合材料中片状陶瓷粉体的取向分布，大幅度提高复合材料的介电常数，进而提高其介电储能密度，为小型化介电储能器件的发展提供材料和技术支撑。

技术领域

本发明涉及一种聚合物基介质材料的制备技术领域，具体涉及一种陶瓷片晶取向分布的聚合物基介质材料及其制备方法。

背景技术

聚合物基介质材料是介电储能领域研究的热点之一，由于其能将电能储存起来，并在需要的时候瞬间释放出高功率的能量脉冲，从而在可控核聚变、高功率微波武器、电磁弹射器、电动汽车等领域具有诱人的应用前景。然而现有聚合物基复合材料较低的介电常数成为阻碍其储能密度提高的关键制约因素。本发明公开了一种陶瓷片晶取向分布的聚合物基介质材料制备方法，利用具有介电常数各向异性的陶瓷片晶在聚合物基体中的取向排布，大幅度提高复合材料的介电常数，进而提高其介电储能密度，为小型化介电储能器件的发展提供材料和技术支撑。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践提出了本发明。

发明内容

为了大幅度提高聚合物基介质复合材料的介电常数，本发明提供一种陶瓷片晶取向分布的聚合物基介质材料的制备方法，其包括以下步骤：

第一步，向氨基化溶液中加入具有二维片状形貌的陶瓷粉末，使所述陶瓷粉末表面氨基化；

第二步，向聚合物微球中加入磺化试剂，使所述聚合物微球表面磺化；

第三步，将第二步所述表面磺化的聚合物微球与去离子水混合后，加入第一步所述氨基化的陶瓷粉末搅拌，并逐滴加入戊二醛溶液，经搅拌、清洗后烘干，得到具有核壳结构的聚合物微球/陶瓷片晶复合粉体；

第四步，将第四步所述复合粉体置于模具中，热压成型，脱模后得到陶瓷片晶取向分布的聚合物基介质材料。

较佳的，第一步所述陶瓷粉末包括BN、BaTiO₃片晶、LiNb_0.6Ti_0.5O₃片晶、BaBi₄Ti₄O₁₅片晶、Bi₄Ti₃O₁₂片晶中的一种。

较佳的，第一步所述陶瓷粉末与所述氨基化溶液的质量体积比为5:100g/ml至30:100g/ml。

较佳的，第一步所述氨基化溶液为壳聚糖溶液或3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液，且所述氨基化溶液浓度为0.5wt％-2wt％。

较佳的，第一步所述氨基化温度为50-90℃，时间为3-5h。

较佳的，第二步所述聚合物微球为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球或聚偏氟乙烯微球中的一种，且所述聚合物微球的粒径为50-500μm。

较佳的，第二步所述磺化试剂为浓硫酸、氯磺酸或氨基磺酸中的一种，且所述聚合物微球与所述磺化试剂的质量比为1:3-1:15；所述磺化的温度为25-90℃，磺化的时间为2-6h。

较佳的，第三步所述去离子水的体积为100-200ml。

较佳的，第四步所述热压成型的工艺条件为，温度为120-200℃、压力为3-10MPa，时间为10-30min。