一種制備高儲能電容器的介電薄膜的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種高儲能介電薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]目前，對于高儲能介電薄膜研究的熱點主要集中在陶瓷類介電材料、聚合物類介電材料以及各類復合介電材料。陶瓷類和聚合物介電材料都有一定的應用，但由于單組份的材料難以滿足電力電子行業(yè)的快速發(fā)展，所以陶瓷類和純聚合物類都有限制，因此把更多的注意力轉移到了復合材料的研究上，才是真正制備出高儲能電容器的介電薄膜的大趨勢。
[0003]介電材料的復合法主要有混合法、插層法、原位聚合法三種?；旌戏ㄟm用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，但是反應常常有毒，不環(huán)保且對人體有害。插層法將聚合物的溶液倒入無機態(tài)的層間結構中時，再除去內(nèi)部的溶劑時，是很難去除干凈的，不利于制備純度較高的薄膜。原位聚合法得到產(chǎn)物分散度和純度較好，但是工藝很復雜，設備昂貴，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種制備高儲能電容器的介電薄膜的方法，該方法主要基于混合法中的溶液共混法，以常見的聚偏氟乙烯為主要機體，混入制備的納米二氧化鈦和甲基丙烯酸甲酯的復合材料，從而大幅度地提升薄膜的介電常數(shù)和介電損耗等介電性能，而且能夠較好的控制混入的粒子在機體中的分散程度，同時也能解決污染和對人體有害的影響。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0006]一種制備高儲能電容器的介電薄膜的方法，具體步驟如下:
[0007]—、以鈦金屬化合物為主要原料，滴加水和抑制水解的酸進行水解反應，控制鈦金屬化合物:水=20?22: I (體積比)，水的滴加速度為I?3秒/滴，鈦金屬化合物:酸=10?12: I (體積比)，得到溶膠化和水解后的化合物；
[0008]二、將溶膠化和水解后的化合物與具有骨架作用的聚合物單體、偶聯(lián)劑和引發(fā)劑進行共縮聚反應，控制膠化和水解后的化合物與聚合物單體的物質(zhì)的量比為I?1.2: 1，聚合物單體:偶聯(lián)劑=7?7.2: I (質(zhì)量比)，聚合物單體:引發(fā)劑=11?11.3: 1(質(zhì)量比)，反應時間為3?5小時，初步產(chǎn)生凝膠時，需要保持一定的攪拌速度(不要過快)，形成凝膠；
[0009]三、對凝膠400°C高溫燒結2?2.5小時，用于除去溶劑等小分子雜質(zhì)，得到聚合物基納米粉末；
[0010]四.將聚合物基納米粉末和PVDF粉體分別與DMF溶液混合，待分別分散較均勻之后，再混合在一起，控制聚合物基納米粉末:DMF溶液:PVDF粉體=I: 5?5.5: 0.8?
0.85 (質(zhì)量比)；
[0011]五、將最后混合好的溶液抽真空，去除氣泡，再在基板上用流延法涂膜，烘干加熱(100°C?120°C )4?4.5小時，除去小分子溶劑；
[0012]六、烘干加熱(160°C?175°C ) 12?14小時，去除殘留溶劑并提高薄膜結晶度；
[0013]七、最后冷卻至室溫，取下薄膜即可。
[0014]上述方法中，采用的鈦金屬化合物主要是鈦酸酯類的化合物，如鈦酸丁酯。
[0015]上述方法中，抑制水解的酸主要是無機小分子酸，如鹽酸或醋酸等。
[0016]上述方法中，具有骨架作用的聚合物單體為甲基丙烯酸甲酯等。
[0017]上次方法中，偶聯(lián)劑可以為KH560試劑或KH570試劑等。
[0018]上述方法中，引發(fā)劑可以為BPO試劑等。
[0019]以聚合物單體為甲基丙烯酸甲酯為例，在制備Ti02/PMMA的納米凝膠時，核心方法是溶膠凝膠法。所謂溶膠-凝膠(Sol-Gel)法是指金屬有機或無機化合物經(jīng)過溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)熱處理形成氧化物或其它固體化合物的方法。
[0020]反應機理如下:
[0021]交換反應:RC00H+Si0Et= S10CR+EtOH
[0022]RCOOH+S1H = Si00CR+H20
[0023]酯化反應:RC00H+Et0H= Et00CR+H20
[0024]水解反應:Si0Et+H20= S1H+EtOH
[0025]縮合反應:Si0H+Si00CR= S1Si+RC00H 反應速率快
[0026]2Si0H = S1Si+H2O 慢
[0027]S1H+S1Et = S1Si+RC00H 慢
[0028]S10CR+S1Et = S1Si+RC00 很慢
[0029]在制備PVDF/Ti02/PMMA復合薄膜時核心方法主要是流延法。流延的薄膜是通過熔體流涎驟冷生產(chǎn)的一種無拉伸、非定向的平擠薄膜，使整個的復合材料的結晶度比較好，且具有較大的玻璃化轉變溫度，提高耐熱性。
[0030]又通過介電常數(shù)、介電損耗和電擊穿等測試，證明了通過混入的Ti02/PMMA納米粒子，確實提高了以PVDF為主要機體的純介電薄膜的介電性能。
[0031]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0032]1、在工業(yè)生產(chǎn)中，核心方法流延法已經(jīng)大規(guī)模使用，無疑此方法可以從實驗室層面很快的應用于工業(yè)生產(chǎn)中去，具有較大的實用價值。
[0033]2、Ti02/PMMA納米粉體在PVDF中的分散程度可以通過配比有效的控制，從而提高薄膜的機械強度和介電性能。
[0034]3、整個的工藝流程基本都是常溫和較低的溫度，反應條件相對寬松，能夠有效的節(jié)約經(jīng)濟成本，并且節(jié)能減排減少污染。
【附圖說明】
[0035]圖1為反應裝置圖，1-加料漏斗，2-三頸瓶，3-回流冷凝裝置，4-溫度計，5_機械攪拌裝置；
[0036]圖2為工藝流程圖；
[0037]圖3為納米二氧化鈦的凝膠態(tài)結構；
[0038]圖4為納米二氧化鈦的紅外測試圖；
[0039]圖5為納米二氧化鈦與甲基丙烯酸甲酯復合粉末的紅外測試圖；
[0040]圖6為制備的納米二氧化鈦的掃描電鏡圖；
[0041]圖7為制備的Ti02/PMMA納米粉末的熱失重曲線圖；
[0042]圖8為7.0% 1102的T1 2/PMMA納米粒子的分散掃描電鏡圖；
[0043]圖9為6.5% 1102的T1 2/PMMA納米粒子的分散掃描電鏡圖；
[0044]圖10為6.0% 1102的T1 2/PMMA納米粒子的分散掃描電鏡圖；
[0045]圖11為5.5% 1102的T1 2/PMMA納米粒子的分散掃描電鏡圖；
[0046]圖12為5.0% 1102的T1 2/PMMA納米粒子的分散掃描電鏡圖；
[0047]圖13為薄膜的不同配比的介電常數(shù)圖；
[0048]圖14為薄膜的不同配比的介電損耗圖；
[0049]圖15為薄膜的不同配比的電擊穿的示意圖。
【具體實施方式】
[0050]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。
[0051]實施例1:
[0052]取a和b兩個50ml燒杯，蒸饋水烘干之后，將1ml鈦酸丁酯和1ml無水乙醇加入a燒杯中進行混合，配置成a溶液。在b燒杯中，加入20ml無水乙醇與2ml蒸餾水混合，并加入冰醋酸3ml，配置成b溶液。保證在50°C，將b溶液以一秒鐘一滴的速度緩慢滴入a溶液。再混入聚合物單體甲基丙烯酸甲酯11ml、偶聯(lián)劑KH5601ml和引發(fā)劑BPO 1.5ml。反應12小時之后，在室溫下沉降，密封，制成凝膠。干燥之后，再將T1JI膠在400°C高溫燒結兩小時，形成納米級T12，其反應裝置如圖1所示，三維網(wǎng)絡結構如圖3所示，掃描電鏡圖如圖6所示。從圖4所示T12紅外譜圖分析可知:3400cm 1和1600/cm 1S T1