[发明专利]一种功能化氮化硼改性的PVDF基纳米复合电介质薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种功能化氮化硼改性的PVDF基纳米复合电介质薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)合成HBPE‑g‑POSS共聚物；(2)利用HBPE‑g‑POSS共聚物超声剥离六方氮化硼得到氮化硼纳米片；(3)将P(VDF‑TrFE‑CFE)与氮化硼纳米片分别用溶剂分散均匀得到P(VDF‑TrFE‑CFE)分散液与氮化硼纳米片分散液，然后将氮化硼纳米片分散液加入P(VDF‑TrFE‑CFE)分散液中混合均匀，获得筑膜溶液，将混合溶液浇筑在平整的玻璃片上，烘干成膜，待溶剂蒸发，再进行退火，即得到功能化氮化硼改性的PVDF基纳米复合电介质薄膜。本发明制备得到的复合电介质薄膜具有高介电常数和低介电损耗。

技术领域

本申请属于高分子纳米复合膜的介电储能领域，尤其涉及一种功能化氮化硼改性的PVDF基纳米复合电介质薄膜的制备方法。

背景技术

随着能源的不断开发，各种能源存储设备的需求也不断扩大，介电电容器因其高介电常数、低介电损耗和良好的工艺性能在光电子学、脉冲功率系统等领域引起了广泛的关注。电极材料是影响介电电容器性能的主要因素。因此高性能电极材料的制备是提升介电电容器性能的主要手段。

非线性电介质，聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物，其具有多种易于可控制的结晶形态，其中全反式结晶构型即β相结构具有较强的铁电性能，可以更好的存储运输电荷，同时其具有较高的介电常数，从而拥有较高的储能密度，被广泛应用于柔性电介质领域。

添加高介电无机填料是提高聚合物介电常数较为有效的方法，无机纳米颗粒ZnO、铁电陶瓷颗粒BaTiO₃、氧化石墨烯、碳纳米管等纳米填料的加入可以极大程度的提高聚合物复合材料的介电常数，进一步提升复合材料的性能。

有机基体内部的无机填料存在着易团聚，相容性差等问题，且两者之间较大的介电常数差异容易导致电场重新分配时产生较大的电场畸变，影响复合材料的耐电场性，同时填料的团聚也会降低复合材料的力学性能，从而影响其实际应用。因此，开发一种相容性较好且具有较高介电常数和击穿场强的复合电介质薄膜是开发新型高性能电容器的主要研究方向。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种功能化氮化硼改性的PVDF基纳米复合电介质薄膜的制备方法，其制备得到的复合电介质薄膜具有高介电常数和低介电损耗。

本发明采用的技术如下

一种功能化氮化硼改性的PVDF基纳米复合电介质薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)超支化共聚物的合成：在乙烯气氛下，将笼型聚倍半硅氧烷(POSS)、Pd-diimine催化剂加入无水级有机溶剂中，混合后在无水无氧的条件下充分聚合反应，反应结束后经后处理得到无色透明的HBPE-g-POSS共聚物；其中笼型聚倍半硅氧烷的一个端基为丙烯酸酯基(即CH₂＝CHCOOR¹-，其中R¹为亚烷基，优选其碳原子个数为3-5个)，另外7个端基为烷基(优选碳原子个数为3-5个)；

(2)氮化硼纳米片的制备：将HBPE@POSS共聚物、有机溶剂和六方氮化硼粉末加入玻璃瓶中，其中质量比HBPE@POSS：h-BN：溶剂＝1-5mg：1-5mg：1mL(优选4mg：4mg：1mL)，混合后封好瓶口，放入超声池中在室温下超声12-72h(优选48h)，超声功率选择150-300W(优选240W)，超声完成后将混合液装入离心管中离心，转速设置为1000-6000rpm(优选4000rpm离心30min)，去除未剥离的块状六方氮化硼；取分散液进一步离心，控制转速为7000-10000rpm(优选7000rpm离心30min)，去除过量的HBPE@POSS共聚物，提取上清液，收集底部产物重新分散在有机溶剂中，即为氮化硼纳米片分散液；