[发明专利]一种提高储能密度的绝缘介质的制备方法

说明书

本发明公开了一种提高储能密度的绝缘介质的制备方法，将1,4‑苯二异硫氰酸酯溶解于极性溶剂中，然后加入有机二胺，在氮气环境、室温条件下反应3‑6小时，然后加入4,4'‑二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐，在氮气环境、室温条件下反应12‑18小时，得到聚硫脲和聚酰胺酸的无规共聚物溶液；将聚硫脲和聚酰胺酸的无规共聚物溶液铺在铜板上，采用梯度升温，得到聚硫脲和聚酰亚胺无规共聚物。本发明通过改变聚酰亚胺单体在共聚物分子链中的排列方式，从而改变材料介电响应特性和陷阱参数来控制其介电常数和击穿场强，最终控制或者改善材料的储能密度，可以广泛应用于高压储能设备、脉冲功率源、航空航天、混合动力汽车等多个领域。

技术领域

本发明属于高压绝缘材料领域，具体涉及一种提高储能密度的绝缘介质的制备方法。

背景技术

聚合物薄膜储能电容器因其具有较高功率密度和超长的循环使用寿命，能最大效率转化风能、潮汐能等间歇性可再生能源，是脉冲功率技术、电磁炮及激光等高能武器系统无可替代的核心储能器件，在航空航天、混合动力汽车等领域也得到了广泛的应用。然而，由于大多数聚合物的介电常数或者击穿场强较低，限制了其储存电能的能力。长期以来，国内外学者主要通过纳米掺杂来提升薄膜的电介质储能性能，但高体积分数纳米填料的引入却会增大材料的能量损耗。因此，开发具有高储能密度且可靠性良好的聚合物储能电容器，探索提高聚合物介质材料储能密度的方法，对实际工程应用具有十分重要的意义。

目前，国内外学者对储能聚合物材料的研究主要通过增大介电常数或者提高击穿场强来达到提高储能密度的目的。从介电常数角度考虑，在分子主链引入金属元素提高电子位移极化，或在分子主链、侧链引入极性基团提高转向极化，从而增大介电常数；从击穿场强角度考虑，引入强极性基团作为高能电子散射中心，或制备具有交联结构的聚合物，从而提高材料的击穿场强。但单一结构的聚合物难以同时增大介电常数和击穿场强，一种介电性能的提高往往会伴随着另一种介电性能的劣化。

通过制备共聚物，结合两种链段的优势，改变共聚物组成成分及其比例，以达到在保证击穿场强的基础上、提高介电常数的目的，已经吸引越来越多学者的注意。虽然共聚物中链段的排列方式也会对材料的宏观性能产生重要的影响，但是通过改变链段排列方式以改善共聚物介电响应特性、陷阱参数和储能密度的研究领域尚无人涉及。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高储能密度的绝缘介质的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种提高储能密度的绝缘介质的制备方法，包括以下步骤：

1)1,4-苯二异硫氰酸酯完全溶解于极性溶剂中，然后加入有机二胺，在氮气环境、室温条件下反应3-6小时，得到端胺基聚硫脲前驱体；

2)向步骤1)制备的端胺基聚硫脲前驱体中加入4,4'-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐，在氮气环境、室温条件下反应12-18小时，得到聚硫脲和聚酰胺酸的无规共聚物溶液；

3)采用流延法，将聚硫脲和聚酰胺酸的无规共聚物溶液铺在铜板上，采用梯度升温，酰胺化成膜，得到聚硫脲和聚酰亚胺无规共聚物。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，1,4-苯二异硫氰酸酯与极性溶剂的比为0.96mmol：1-4mL。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，有机二胺为1,3-环己二胺。

本发明进一步的改进在于，均苯四甲酸二酐与1,4-苯二异硫氰酸酯的总的物质的量与1,3-环己二胺和4,4'-二氨基二苯醚的总的物质的量相同。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，1,4-苯二异硫氰酸酯与1,3-环己二胺的物质的量的比为0.96：1；

步骤2)中，4,4'-二氨基二苯醚与均苯四甲酸二酐的物质的量的比为0.96：1。