[发明专利]一种具有三层结构的复合介电材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种具有三层结构的复合介电材料，包括介电增强层、夹设于介电增强层的耐压增强层，所述介电增强层的材料为铁电聚合物/介电陶瓷填料复合物，所述耐压增强层为线性电介质高分子聚合物，还提供其制备方法，包括如下步骤：S1.将铁电聚合物溶解于N,N‑二甲基甲酰胺后，加入介电陶瓷填料并超声分散，得混合液，将所述混合液涂覆于石英玻璃板上，烘干后刮下，得介电增强薄膜；S2.将线性电介质高分子聚合物的N,N‑二甲基甲酰胺溶液涂覆于，石英玻璃板上，烘干后刮下，得耐压增强薄膜；S3.将所述耐压增强薄膜夹设于所述介电增强薄膜之间，热压成型后冷却，即得具有三层结构的复合介电材料，储能效率及储能密度高。

技术领域

本发明涉及介电储能材料技术领域，具体涉及一种具有三层结构的复合介电材料及其制备方法。

背景技术

薄膜电容器具有功率密度大、充放电效率高、循环性能稳定等特点，在当代电子电力系统中发挥着重要作用。薄膜电容器的性能指标的优劣取决于电介质薄膜材料的关键性能参数如储能密度、充放电效率等。聚合物电介质材料具有柔性、质轻、易加工的特点且耐高压性能优异，是制备薄膜电容器的主要原材料。然而聚合物电介质材料的储能密度较低，限制了薄膜电容器的进一步发展，开发高效稳定的高储能密度新型电介质材料具有极强的理论意义与现实价值。

通过制备聚合物/介电陶瓷复合材料，是实现高储能密度电介质材料的有效手段。例如，Li等将聚乙烯吡络烷酮包覆的钛酸钡（BaTiO₃）填料与聚偏氟乙烯（PVDF）复合，当改性钛酸钡纳米线的含量达到3 vol.%时，复合材料在300 MV/m的条件下，储能密度达到8.55J/cm³，较聚合物基体提升效果明显，然而，介电陶瓷的引入导致复合材料的击穿强度降低，储能效率下降，进而限制了储能性能的提升。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种具有三层结构的复合介电材料，储能效率及储能密度高。

本发明的解决的技术方案是，一种具有三层结构的复合介电材料，包括介电增强层、夹设于介电增强层的耐压增强层，所述介电增强层的材料为铁电聚合物/介电陶瓷填料复合物，所述耐压增强层为线性电介质高分子聚合物。

优选地，所述铁电聚合物/介电陶瓷填料复合物中，铁电聚合物包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯，聚偏氟乙烯-三氟乙烯中的一种，所述介电陶瓷填料包括钛酸钡、钛酸锶钡、二氧化钛中的一种。

优选地，所述线性电介质高分子聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯中的一种。

优选地，所述介电增强层与所述耐压增强层的厚度相等。

优选地，所述介电陶瓷填料与所述铁电聚合物的质量之比为1:9-19。。

还提供一种具有三层结构的复合介电材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.将铁电聚合物溶解于N,N-二甲基甲酰胺后，加入介电陶瓷填料并超声分散，得混合液，将所述混合液涂覆于石英玻璃板上，烘干后刮下，得介电增强薄膜；

S2.将线性电介质高分子聚合物的N,N-二甲基甲酰胺溶液涂覆于，石英玻璃板上，烘干后刮下，得耐压增强薄膜；

S3.将所述耐压增强薄膜夹设于所述介电增强薄膜之间，热压成型后冷却，即得具有三层结构的复合介电材料。

优选地，所述步骤S1及步骤S2中，烘干温度为60-70 ℃，烘干时间为24-48 h。

优选地，所述热压定型温度为180-200 ℃，热压压力为15-20 Mpa，热压时间为20-30 min。

优选地，所述耐压增强薄膜及介电增强薄膜的厚度均为5-8 μm。