[发明专利]一种梯度结构聚合物纳米复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种梯度结构聚合物纳米复合材料及其制备方法。该制备方法，包括如下步骤：(1)采用改性的静电纺丝法制备具有梯度结构的复合无纺布；所述复合无纺布包括聚合物复合纳米纤维和或聚合物纳米纤维；所述的聚合物复合纳米纤维以聚合物为主体纤维骨架，纳米填料分散在所述主体纤维中；(2)对所述复合无纺布依次进行热压和热处理，即可得到所述梯度结构聚合物纳米复合材料。本发明实现了梯度结构复合材料的制备，纳米填料在复合材料内部连续梯度变化，且梯度方向可调，同时该梯度复合材料具有优异的介电性能和极高的性能稳定性。

技术领域

本发明属于电子复合材料制备技术领域，尤其涉及一种梯度结构聚合物纳米复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

近几十年来，介电型电容器作为重要的电子元器件和高功率系统中的核心储能部件，广泛应用于消费类电子产品、自动化控制、航天航空、军事装备、医疗器件和新能源汽车等领域。2016年，我国电容器行业销售额高达500亿元人民币。其中陶瓷电容、铝/钽电解电容器和薄膜电容器这三类电容器占电容器市场的90％以上。近年来，电子器件和储能器件正逐步向小型化、柔性化和环保无害化的方向发展。陶瓷电容器的核心材料—无机陶瓷电介质具有很高的介电常数、耐热性能好等优点，但是陶瓷本身的脆性较大，可加工性能差，同时陶瓷成相温度高，功耗大，不易于有机印刷电路板兼容，难以满足柔性化、小型化要求。铝/钽电解电容器中的电解质和金属离子都存在明显的污染和回收难等问题。薄膜电容器中的有机薄膜电介质具有本征的柔性，质轻，易于加工，低成本等优点。同时有机的薄膜和有机的印刷电路板具有很好的兼容性，结合嵌入式封装技术，可以将薄膜电容器嵌入印刷电路板中，大幅度减小电子器件的尺寸。近年来，随着国家智能电网的发展和新能源领域的推动，以及军事装备向便携化、小型化发展，对高功率、大容量的电容器的需求在不断地增加，而具有高耐压强度、高功率密度的薄膜电介质就成为满足要求的主要材料。然而，如今成熟的商用薄膜电容器中使用的薄膜电介质BOPP(双向拉伸聚丙烯)，其相对介电常数在2-3之间，即使在较高的电场下也只有不到2J/cm³的储能密度，意味着需要巨大体积的电容器才能达到一定的储能要求。比如，轨道电磁炮每次发射需要大约100MJ的能量输入，而提供能量的电容器的体积通常在10立方米左右，这就极大限制其更高效的使用。因此，过低的介电常数限制了薄膜电介质在电容器中更广泛地应用。大量研究工作表明，向聚合物基体中加入高介电常数的纳米陶瓷填料制备成聚合物纳米复合材料，是一个行之有效的方法。