[发明专利]一种高储能柔性无机薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高储能柔性无机薄膜及其制备方法，属于储能介质材料制备技术领域。本发明解决了现有无机薄膜电容器储能性能偏低且弯折性较差的问题。本发明采用机械剥离、射频磁控溅射和快速退火工艺在Mica和金属电极之间引入宽禁带PZT薄层作为界面势垒层，抑制电极处电荷注入，提升击穿性能。且当退火温度为500℃时，退火处理过的PZT‑Mica‑PZT柔性无机薄膜具有优异的击穿强度(～792.5MV/m)和储能密度(～32.6J/cm³)以及较高的充放电效率(～90.0％)，同时保持了无机薄膜自身优异的机械弯折性能。此外，本发明提供的制备工艺流程简洁，环保无污染，可推广实施。

技术领域

本发明涉及一种高储能柔性无机薄膜及其制备方法，属于储能介质材料制备技术领域。

背景技术

介质电容器在脉冲功率电源、新能源汽车逆变器、嵌入式电容器等方面具有广阔的应用。改善介质电容器储能性能，可大幅降低电容器体积和重量，具有重要的工程意义。柔性电容器产品具有便携、轻便、可折叠、可拉伸甚至可穿戴等独特优势。这些功能将推动电子设备朝着人工智能的方向迈进。相应无机薄膜需要免租以下要求：一方面要满足柔性电容器的高储能性能需求，另一方面又要保障非平面环境下的弯折要求，但是现有无机薄膜电容器储能性能偏低且弯折性较差，无法用于柔性电容器。因此，提供一种具有高储能密度和击穿场强的柔性无机薄膜是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决现有无机薄膜电容器储能性能偏低且弯折性较差的问题，提供一种高储能柔性无机薄膜及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种高储能柔性无机薄膜，由氟晶云母片层和锆钛酸铅层复合而成，所述的氟晶云母片层两侧分别镀覆一层锆钛酸铅膜层。

进一步限定，氟晶云母片层的厚度为10-30μm。

进一步限定，锆钛酸铅层的厚度为50-200nm。

上述高储能柔性无机薄膜的制备方法包括以下步骤：

(1)首先通过机械剥离方法获得氟晶云母片层，然后使用去离子水进行超声清洗15-25min，再然后使用丙酮/无水乙醇溶液超声清洗15-25min，最后烘干备用；

(2)将经过步骤(1)处理后的氟晶云母片层的两侧通过磁控溅射分别镀覆一层锆钛酸铅膜层，得到PZT-Mica-PZT薄膜；

(3)对步骤(2)获得的PZT-Mica-PZT薄膜进行退火处理，获得结晶良好的PZT-Mica-PZT柔性无机薄膜。

进一步限定，步骤(1)中丙酮/无水乙醇溶液中丙酮和无水乙醇的体积比为1：(4-8)。

进一步限定，步骤(2)的具体操作过程为：将经过步骤(1)处理后的氟晶云母片层固定在射频磁控溅射腔室内的基板上，安装上PZT陶瓷靶材后进行抽真空处理，真空度达到一定数值时，调控氩气与氧气的流量比确定溅射气压，调控溅射功率，在氟晶云母片层的一侧镀覆一层锆钛酸铅膜层，翻转氟晶云母片层采用相同的溅射条件在氟晶云母片层的另一侧镀覆一层锆钛酸铅膜层。

更进一步限定，磁控溅射过程中真空度为2×10^-4-3×10^-4Pa。

更进一步限定，磁控溅射过程中氩气与氧气的流量比为(3-4)：1，溅射气压为0.9-1.4Pa。

更进一步限定，溅射功率为50-100W。

进一步限定，步骤(3)中退火温度为500℃或700℃。

进一步限定，步骤(3)中退火时间为1-5min。

本发明具有以下有益效果：