[发明专利]聚合物基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种聚合物基复合材料，所述聚合物基复合材料包括如下重量份数的下列组分：聚合物基体400份；填料5‑600份，其中，所述填料为异质结构颗粒，所述异质结构颗粒为两种或两种以上具有禁带差异的原材料制成的晶粒，所述原材料为半导体和/或绝缘体。

技术领域

本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种聚合物基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展，人类对能源的需求越来越大，因此，有关储能技术受到广泛的关注和应用。相比其他电子储能装置，介电电容器具有快速充放电能力和较高的功率密度，但是其储能密度低于电化学储能装置至少一个数量级。就介电电容器而言，其储能密度由介电常数和击穿强度两个重要因素决定，因此，为了提高储能密度，主要解决的问题就是介电常数和击穿强度。然而传统的陶瓷颗粒仅仅具有极高的介电常数，但击穿强度太低；而聚合物具有较高的击穿强度，但介电常数偏低。为了克服这种困境，将聚合物和无机陶瓷颗粒进行复合是个极好的解决方法。高介电、高击穿强度的聚合物基复合材料综合了传统的无机材料和聚合物的优点，聚合物基复合材料具有高的储能密度、减小尺寸、柔性、加工简单、成本低廉、利于大规模生产等特性，引起广泛关注和研究。

目前，由无机陶瓷颗粒和聚合物基体复合制备的复合材料提高其储能密度受介电常数和击穿强度等因素制约，存在如下缺点：(1)在高含量填料的情况下，能够获得较高的介电常数，但材料的击穿强度在此时很难保障，不能同时达到高介电高击穿强度的性能。基于高含量填料的陶瓷颗粒/聚合物复合材料可以获得比较高的介电常数，此方面获得了较多的研究。但是，一个重要问题并没有得到解决，即在高含量下，虽然提高了介电常数，但是击穿强度和储能密度急剧下降。陶瓷颗粒/聚合物复合材料耐压性能受填料的颗粒、形状、在基体中的分散情况等因素的影响，填料的含量越高材料的电导率变化越急剧，这给材料性能的提高带来极大的阻碍和挑战。(2)在高填料含量下的情况下，陶瓷颗粒/聚合物复合材料的耐压性能降低，漏电流难以控制。根据目前控制聚合物基复合材料内部漏电流的解决方法，主要包括以下三种。第一种是对其分散性进行改进，比如常见的对颗粒表面进行接枝改性；第二种是颗粒表面包覆处理；第三种是复合材料做成三明治结构，中间层放置一层阻挡层等方法控制漏电流。以上方法虽然可以对漏电流有一定的抑制作用，但在高含量下，效果也是不尽人意。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在较高的填料含量时(30wt％或更高)的情况下，仍然保持较高的耐压、储能密度以及介电性能的聚合物基复合材料及其制备方法，旨在解决现有的由无机陶瓷颗粒和聚合物基体复合制备的复合材料，高含量填料的情况下，不能同时达到高介电高击穿强度的性能、以及耐压性能低、漏电流难以控制的问题。

本发明是这样实现的，一种聚合物基复合材料，所述聚合物基复合材料包括如下重量份数的下列组分：

聚合物基体 400份；

填料 5-600份，

其中，所述填料为异质结构颗粒，所述异质结构颗粒为两种或两种以上具有禁带差异的原材料制成的晶粒，所述原材料为半导体和/或绝缘体。

以及，一种聚合物基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

提供聚合物基体和异质结构颗粒；

将所述异质结构颗粒分散在有机溶剂中，超声处理得到异质结构颗粒分散液；将所述聚合物基体置于有机溶剂中，搅拌处理，得到聚合物基体溶液；将所述异质结构颗粒分散液和所述聚合物基体溶液混合后，搅拌、超声处理，得到混合浆料，所述混合浆料的浓度为95-105mg/ml；

将所述混合浆料沉积在洁净基板上，热处理后得到聚合物基体材料。