[发明专利]一种铌酸银纤维掺杂聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种铌酸银纤维掺杂聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法，涉及介质电容器领域，包括：将五氧化二铌添加到氢氧化钾溶液；加入乙醇；将六铌酸钾和水‑乙醇‑乙二醇混合；将K₂Nb₂O₆·H₂O添加到硝酸银溶液；将ANO分散在盐酸多巴胺溶液；将DA@ANO分散在N,N‑二甲基甲酰胺，将PVDF粉末溶解在分散体；将ANO纤维/PVDF共混液流延在高温玻璃基板上；对初始复合薄膜真空干燥，得到ANO纤维/PVDF复合薄膜。本发明通过添加乙二醇增大ANO纤维的长径比，并将ANO纤维引入PVDF基体中，形成具有低填充含量、高击穿场强、高能量密度的ANO纤维/PVDF复合薄膜，解决了高填充填料引起的薄膜缺陷问题。

技术领域

本发明涉及介质电容器领域，更具体地，涉及一种铌酸银纤维掺杂聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法。

背景技术

聚合物基介电薄膜电容器由于其优异的柔韧性、高击穿场强、高可靠性和优异的性价比，在电子和电力系统中得到了广泛的应用。但聚合物的低介电常数严重限制了其放电能量密度的提升，从而阻碍了其在储能器件中进一步的应用。因此，如何提高聚合物基电容器的能量密度成为储能研究领域的一个重要问题。

现有技术中，广泛使用的策略是将高介电常数的陶瓷填料引入高击穿场强的聚合物基体中。研究表明，复合薄膜的介电性能的显著提升通常需要掺杂高重量分数(10vol％)的介电陶瓷。然而，高填充量的陶瓷填料会在聚合物基体中发生团聚，不仅会导致复合薄膜击穿场强下降，而且会牺牲其柔韧性，从而严重影响电容器的安全性和使用寿命。常用的传统聚合物，如商用双向拉伸聚丙烯(BOPP)、聚苯乙烯(PS)、聚酰亚胺(PI) 等，虽然耐击穿强度高，但受限于其较低的介电常数，导致其储能密度无法得到显著提升，这一问题已经严重阻碍了电磁能装备的发展。

聚偏氟乙烯(PVDF)作为著名的铁电聚合物，由于氟原子大的电负性从而表现出较大的介电常数(9～12)，使其成为储能复合电介质基体的首选。但是，要想获得高储能性能的聚合物基复合材料，纯PVDF的介电常数还远远不够。因此，需要往PVDF基体中掺杂高介电常数填料。

有研究表明，一维陶瓷填料一方面可以增加可注入电荷的散射中心并提升击穿时电树枝形成的难度，从而提高复合材料的击穿场强；另一方面，一维填料因其具有非常大的长径比，可以在较小的含量下在聚合物基体中相互搭接，因此其渗流阈值远比零维陶瓷/聚合物复合材料低，可以在更小的填充量下，实现高介电常数的同时保持材料的柔韧性。可见，具有高长径比的一维陶瓷填料在提高复合薄膜的储能性能方面具有显著优势，但目前实验上制备的铌酸银(AgNbO₃，简称ANO)纤维长径比较小，例如陕西科技大学孔新刚通过软化学合成制备了不同尺寸的钙钛矿结构ANO纤维，长径比仅有10左右，仍然可能引起薄膜缺陷问题。因此，亟需提出一种铌酸银纤维掺杂聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法，以解决现有技术中低长径比、高填充填料引起的薄膜缺陷问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种铌酸银纤维掺杂聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法，通过添加乙二醇辅助剂增大了ANO纤维的长径比，并将具有大长径比的ANO纤维引入PVDF基体中，形成具有低填充含量、高击穿场强、高能量密度的ANO纤维/PVDF复合薄膜，解决了高填充填料引起的薄膜缺陷问题。

为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：

本申请提供一种铌酸银纤维掺杂聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法，包括：

将五氧化二铌添加到3mol L^-1的氢氧化钾溶液中，搅拌后进行水热反应，得到澄清液；

在所述澄清液中加入乙醇进行过滤、洗涤、干燥处理，得到六铌酸钾；