[发明专利]钛酸钡纳米线/聚芳醚腈复合介电材料及制备方法和应用

说明书

本发明公开了钛酸钡纳米线/聚芳醚腈复合介电材料及制备方法和应用，属于高分子介电材料技术领域，解决现有技术中聚芳醚腈介电常数较低的缺点。本发明的钛酸钡纳米线/聚芳醚腈复合介电材料，以聚芳醚腈为基体，以表面包覆了聚苯胺的钛酸钡纳米线为填料，填料的质量比大于0小于等于20％。本发明的制备方法包括将聚苯胺包覆在钛酸钡纳米线表面，再将包覆了聚苯胺的钛酸钡纳米线的分散液滴入聚芳醚腈溶液中，分散，自然流延成膜，热处理，脱落，干燥。本发明还公开了该复合介电材料在制备有机薄膜电容器中的应用。本发明原料来源广泛、易得，工艺简便易实现；导电PANI价格便宜、性能稳定且具有颗粒形貌可控性、与其他高分子材料相容性好。

技术领域

本发明属于高分子介电材料技术领域，具体涉及钛酸钡纳米线/聚芳醚腈复合介电材料及制备方法和应用。

背景技术

随着电子设备与元器件向小型化方向快速发展，有机薄膜电容器因优异的柔韧性和厚度可调性而得到广泛应用。聚合物基介电材料作为有机薄膜电容器的关键部位，以质轻、易加工等优点而备受关注。但是聚合物基介电材料易应力松弛、易蠕变，且介电常数相对较低，使薄膜电容器受其能量密度的抑制，成为了高储能电子设备小型化发展的主要阻碍。

目前，提高聚合物基介电材料介电常数的主要方法有以下两种：一种是在聚合物基体中加入高介电填料(如钛酸钡、氧化铝等)，通过增强界面极化和偶极子极化以达到提高介电常数的目的；另一种是在聚合物基体中加入导电填料，通过使复合材料达到渗透阈值以大幅提升介电常数。如专利CN109626992A公布了一种钛酸铋钠-钛酸钡/聚酰亚胺基介电复合材料及其制备方法，其以钛酸铋钠-钛酸钡为填料，以聚酰亚胺为基体制备的复合材料表现出增幅明显的介电常数。专利CN109575595A公布了一种聚醚酰亚胺/钛酸钡/石墨烯介电复合材料的制备方法，采用物理分散将石墨烯和钛酸钡均匀分散在聚醚酰亚胺溶液中，经过固化得到相应复合材料，并获得较高介电常数。

但是上述两种方式仍然存在以下问题：陶瓷相/聚合物复合介电材料要获取高的介电常数，则添加的含量必须很高才能达到目的，这会牺牲复合材料的柔韧性同时会产生更多的针孔等缺陷；导电相/聚合物复合介电材料在渗透阈值附近可以获得急剧增长的介电常数，但是会因导电相的团聚而形成导电通路，使复合材料的介电损耗也急剧升高。

因此，如何在陶瓷掺杂相含量较低的情况下有效提高聚合物基复合介电材料的相对介电常数以避免过量掺杂所导致的力学性能和击穿性能下降的缺陷，使聚合物基介电复合材料在获得高介电常数的同时保持较低的介电损耗，使其能够更加满足于高储能、小型化电子设备的需求，成为了所属技术领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供钛酸钡纳米线/聚芳醚腈复合介电材料，其具有高相对介电常数和低损耗，解决现有技术中聚芳醚腈(PEN)介电常数较低的缺点。

本发明的目的之二在于，提供该复合介电材料的制备方法。

本发明的目的之三在于，提供该复合介电材料的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的一种钛酸钡纳米线/聚芳醚腈复合介电材料，以聚芳醚腈为基体，以表面包覆了聚苯胺的钛酸钡纳米线为填料，所述填料在复合介电材料中的质量比大于0，小于等于20％。

本发明中将钛酸钡纳米线表面包覆聚苯胺，既可以通过包覆聚苯胺增加钛酸钡纳米线的表面粗糙度，增强与聚合物基体的界面相容性，降低介电损耗；又可以将聚苯胺作为导电聚合物引起微电容效应，在渗流阈值附近实现介电常数的大幅提高，从而获得质轻、优异柔韧性、高介电常数和低介电损耗的钛酸钡纳米线/聚芳醚腈复合介电材料。

本发明所述的钛酸钡纳米线/聚芳醚腈复合介电材料的制备方法，包括以下步骤：