二甲基乙酰胺中，得到三份 聚合物溶液，其中每份聚合物溶液中聚合物與溶劑的質(zhì)量比均為1:16,攪拌溶解的時間約 為1小時，攪拌溫度為50°C;
[0113] 2)按照復合材料下、中、上三層中鉍鋅鈮與PMMA的體積比（分別為1:3、1:49、 1:3)，稱取三份鉍鋅鈮分別超聲分散于上述三份聚合物溶液中，之后在室溫下磁力攪拌，直 至形成穩(wěn)定的懸濁液A、B、C;懸濁液A、B、C中鉍鋅鈮與PMM的體積比分別與復合材料的 下、中、上三層中鉍鋅鈮與PMMA的體積比相同；
[0114] 3)采用多層流延工藝，根據(jù)復合材料下、中、上三層的厚度調(diào)整流延機刮刀的高 度，依次將懸濁液A、B、C層疊流延于PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯）基板上，特別注意應等 到下面一層的流延薄膜已經(jīng)干燥成型后再進行上面一層膜的流延過程，之后在50°C下通風 干燥21小時，得到具有三層結構的復合材料；
[0115] 4)將上述具有三層結構的復合材料置于180°C下熱處理8分鐘，之后立即放入冰 水中完成淬火工藝，再在50°C下通風干燥21小時，得到電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料。
[0116] 實施例11
[0117] 本實施例采用聚偏二氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE-CFE)為基體，納米二氧化鈦 (TiO2)顆粒（粒徑小于500納米）為填料。該實施例中電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料 的上、下兩層中填料的體積分數(shù)為35%，中間層中填料的體積分數(shù)為3%。復合材料的整體 厚度為25微米，其中下層厚7微米，中層厚11微米，上層厚7微米。
[0118] 該電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料的制備方法為：
[0119] 1)稱取三份P(VDF-TrFE-CFE)，利用磁力攪拌將其分別溶解于三份二甲基甲酰胺 中，得到三份聚合物溶液，其中每份聚合物溶液中聚合物與溶劑的質(zhì)量比均為1:18,攪拌溶 解的時間約為1小時，攪拌溫度為60°C;
[0120] 2)按照復合材料下、中、上三層中1102與P(VDF-TrFE-CFE)的體積比（分別為 7:13、3:97、7:13)，稱取三份TiO2分別超聲分散于上述三份聚合物溶液中，之后在室溫下磁 力攪拌，直至形成穩(wěn)定的懸濁液A、B、C;懸濁液A、B、C中1102與P(VDF-TrFE-CFE)的體積 比分別與復合材料的下、中、上三層中1102與P(VDF-TrFE-CFE)的體積比相同；
[0121] 3)采用多層流延工藝，根據(jù)復合材料下、中、上三層的厚度調(diào)整流延機刮刀的高 度，依次將懸濁液A、B、C層疊流延于PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯）基板上，特別注意應等 到下面一層的流延薄膜已經(jīng)干燥成型后再進行上面一層膜的流延過程，之后在70°C下通風 干燥15小時，得到具有三層結構的復合材料；
[0122] 4)將上述具有三層結構的復合材料置于190°C下熱處理7分鐘，之后立即放入冰 水中完成淬火工藝，再在70°C下通風干燥15小時，得到電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料。
[0123] 實施例12
[0124] 本實施例采用聚酰亞胺（PI)為基體，納米鈦酸鋇（BaTiO3)顆粒（粒徑小于500納 米）為填料。該實施例中電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料的上、下兩層中填料的體積分 數(shù)為45%，中間層中填料的體積分數(shù)為4%。復合材料的整體厚度為35微米，其中下層厚 9微米，中層厚17微米，上層厚9微米。
[0125] 該電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料的制備方法為：
[0126] 1)稱取三份聚酰亞胺，利用磁力攪拌將其分別溶解于三份丙酮中，得到三份聚合 物溶液，其中每份聚合物溶液中聚合物與溶劑的質(zhì)量比均為1:15，攪拌溶解的時間約為1 小時，攪拌溫度為45°C;
[0127] 2)按照復合材料下、中、上三層中BaTiO3與聚酰亞胺的體積比（分別為9:11、 1:24、9:11)，稱取三份BaTiO3分別超聲分散于上述三份聚合物溶液中，之后在室溫下磁力 攪拌，直至形成穩(wěn)定的懸濁液A、B、C;懸濁液A、B、C中BaTiO3與聚酰亞胺的體積比分別與 復合材料的下、中、上三層中BaTiO3與聚酰亞胺的體積比相同；
[0128] 3)采用多層流延工藝，根據(jù)復合材料下、中、上三層的厚度調(diào)整流延機刮刀的高 度，依次將懸濁液A、B、C層疊流延于PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯）基板上，特別注意應等 到下面一層的流延薄膜已經(jīng)干燥成型后再進行上面一層膜的流延過程，之后在65°C下通風 干燥16. 5小時，得到具有三層結構的復合材料；
[0129] 4)將上述具有三層結構的復合材料置于195°C下熱處理6分鐘，之后立即放入冰 水中完成淬火工藝，再在65°C下通風干燥16. 5小時，得到電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材 料。
[0130] 通過比較實施例1-12,可見本發(fā)明提出的電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料的結 構可使該復合材料具有較高的擊穿場強（300~500MV/m)，并具有極大的儲能密度（10~ 20J/cm3)。另外，需要指出的是，按照本發(fā)明的技術方案，上述實施例還可以舉出許多，根據(jù) 申請人大量的實驗結果證明，在本發(fā)明的權利要求書所提出的范圍，均可以達到本發(fā)明的 目的。
【主權項】
1. 一種電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料，其特征在于：該復合材料以聚合物為基 體，以納米介電陶瓷顆粒為填料，呈上、中、下三層結構，每層結構中的納米介電陶瓷顆粒都 均勻的分布在該層的聚合物中，且上、下兩層結構中納米介電陶瓷顆粒所占的體積分數(shù)為 10~50%，中間層結構中納米介電陶瓷顆粒所占的體積分數(shù)大于零且小于5%。2. 根據(jù)權利要求1所述的電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料，其特征在于：該復合材 料的整體厚度為10~40微米，上、中、下三層結構的厚度分別占復合材料整體厚度的20~ 30%、40 ~60% 和 20 ~30%。3. 根據(jù)權利要求1所述的電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料，其特征在于：所述的聚 合物為聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯共聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯甲基酸甲酯、環(huán)氧樹脂 或聚酰亞胺。4. 根據(jù)權利要求1所述的電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料，其特征在于：所述的納 米介電陶瓷顆粒為鈦酸鋇、二氧化鈦、銦銀改性二氧化鈦、鈦酸鎖鋇、祕鋅銀或鈦酸銅鈣，且 納米介電陶瓷顆粒的粒徑小于500納米。5. 根據(jù)權利要求1所述的電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料，其特征在于：其擊穿場 強為300~500MV/m，儲能密度為10~20J/cm 3。6. 權利要求1-5中任意一項所述的電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料的制備方法，其 特征在于，包括以下步驟： 1) 稱取三份聚合物，將其分別加入三份溶劑中，攪拌使聚合物溶解，得到三份聚合物溶 液； 2) 稱取三份納米介電陶瓷顆粒，將其分別超聲分散于步驟一配制的三份聚合物溶液 中，室溫下攪拌均勻，得到懸濁液A、B、C，其中懸濁液A、B、C中的納米介電陶瓷顆粒與聚合 物的體積比分別與電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料的下、中、上三層結構中的納米介電 陶瓷顆粒與聚合物的體積比相同； 3) 采用多層流延工藝，根據(jù)電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料的下、中、上三層結構的 厚度調(diào)整流延機刮刀的高度，依次將懸濁液A、B、C層疊流延于PET基板上，再經(jīng)通風干燥， 得到具有三層結構的復合材料； 4) 將步驟三得到的具有三層結構的復合材料置于160~200°C的溫度下熱處理5~10 分鐘，之后放入冰水中淬火，再經(jīng)通風干燥，得到電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料。7. 根據(jù)權利要求6所述的電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料的制備方法，其特征在于： 所述步驟1)中制得的聚合物溶液中聚合物與溶劑的質(zhì)量比為1: (10~20)，溶劑為丙酮與 丁酮的混合液或著純?nèi)軇?，其中純?nèi)軇楸?、丁酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺?. 根據(jù)權利要求6所述的電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料的制備方法，其特征在于： 所述步驟1)中在20~60°C的溫度下攪拌使聚合物溶解于溶劑中。9. 根據(jù)權利要求6所述的電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料的制備方法，其特征在于： 所述步驟3)的整個流延過程中，待每層流延膜分別干燥成型后再繼續(xù)進行之后的流延過 程。10. 根據(jù)權利要求6所述的電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料的制備方法，其特征在 于：所述步驟3)和步驟4)中通風干燥時的干燥溫度為40~80°C，干燥時間為12~24小 時。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電儲能介質(zhì)陶瓷/聚合物復合材料及其制備方法。以三層結構為設計基礎，以聚合物為基體材料，將不同體積分數(shù)的納米陶瓷介電填料分別加入到三層結構中構成陶瓷/聚合物復合材料。其中，中間層的陶瓷填料體積分數(shù)較低(<5％)，上下兩層陶瓷填料體積分數(shù)較高(10～50％)。本發(fā)明利用不同層間的介電特性差異，可以對電場在該復合材料中的分布進行有效調(diào)控，從而大幅提高了材料的介電擊穿場強(300～500MV/m)，并最終得到了極高的電儲能密度(10～20J/cm3)。該材料的優(yōu)良特性可使其應用于新型儲能器件、可穿戴電子、脈沖功率器件、混合動力汽車等領域。
【IPC分類】C08K3/24, B32B27/30, C08L27/16, B32B27/20, B32B27/06, B32B37/02
【公開號】CN105086297
【申請?zhí)枴緾N201510466130
【發(fā)明人】汪宏, 王軼飛, 向鋒, 崔金
【申請人】西安交通大學
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年7月31日