[发明专利]一种双层聚合物复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双层聚合物复合材料及其制备方法，该双层聚合物复合材料包括第一聚合物薄膜和第二聚合物薄膜，所述第一聚合物薄膜为聚合物基体中添加n型有机小分子半导体制备而成，所述第二聚合物薄膜为聚合物基体中添加p型有机小分子半导体制备而成。本发明提供的双层结构聚合物复合材料利用双层界面构建的内建电场及有机小分子半导体的电子陷阱作用提升复合材料的击穿场强，该双层聚合物介电薄膜较原纯聚醚酰亚胺聚合物介电薄膜的击穿场强提升100MV/m。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种双层聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

聚合物介电薄膜电容器由于其较高的击穿场强和放电效率以及低介电损耗而被广泛应用于混合动力汽车、化石燃料钻井、可再生能源发电、电力传输、医疗保健设备、柔性电子产品和电子武器系统等领域。当前多种聚合物介电薄膜电容器存在着击穿场强低的问题，为解决该问题，研究者们提出了多种的解决思路，主要思路即利用高击穿场强聚合物材料基体，通过添加各种陶瓷粉体及与其他聚合物共混等方案提高聚合物介电薄膜的击穿场强。但是，目前上述方案改进后，复合材料保持稳定性能时的击穿场强仍然较低(＜500MV/m)，很难达到应用条件。

有学者研究表明，通过在线性聚合物基体中添加有机小分子半导体可以获得较高的充放电效率，且在高温(150℃)下仍具有较高的击穿场强。这其中利用了有机小分子半导体在聚合物基体中生成的吸电子陷阱延长了击穿电树的路径，从而获得了高的击穿场强。然而，当前各种措施提升聚合物介电薄膜击穿场强的幅度较小，并且制备过程繁琐。为解决该问题仍需要研究人员进一步的努力。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明旨在提供一种具有高击穿场强的双层聚合物复合材料及其制备方法。

本发明第一方面提供一种双层聚合物复合材料，所述双层聚合物复合材料包括第一聚合物薄膜和第二聚合物薄膜，所述第一聚合物薄膜为聚合物基体中添加n型有机小分子半导体制备而成，所述第二聚合物薄膜为聚合物基体中添加p型有机小分子半导体制备而成。

进一步地，所述第一聚合物薄膜中n型有机小分子半导体含量为0.1～10vol.％；

所述第二聚合物薄膜中p型有机小分子半导体含量为0.1～10vol.％；

优选地，所述第一聚合物薄膜中n型有机小分子半导体含量为0.5～2vol.％；

优选地，所述第二聚合物薄膜中n型有机小分子半导体含量为0.5～2vol.％。

进一步地，所述双层聚合物复合材料的厚度为4～40μm；

优选地，所述第一聚合物薄膜的厚度为2～20μm，第二聚合物薄膜的厚度为2～20μm。

进一步地，所述聚合物基体为线性聚合物基体；

优选地，所述线性聚合物基体为聚醚酰亚胺。

进一步地，所述n型有机小分子半导体选自C₆₀及其衍生物类、1,4,5,8-萘四甲酸酐或全氟五苯；

所述p型有机小分子半导体选自并苯类、红荧烯类或噻吩类。

本发明第二方面提供一种双层聚合物复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将n型有机小分子半导体、p型有机小分子半导体分别加入至线性聚合物基体溶液中，室温下搅拌，获得n型前驱浆料和p型前驱浆料；

(2)取n型前驱浆料或p型前驱浆料进行流延或涂布制膜，获得n型单层聚合物薄膜或p型单层聚合物薄膜；

(3)在n型单层聚合物薄膜上，取p型前驱浆料进行流延或涂布制膜，或者，在p型单层聚合物薄膜上，取n型前驱浆料进行流延或涂布制膜，得到双层聚合物薄膜，即为双层聚合物复合材料。