專利名稱：一種高儲能密度全有機納米復(fù)合薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電介質(zhì)復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及儲能密度高、復(fù)合溫度低、制 備工藝簡單的一種高儲能密度全有機納米復(fù)合薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
為了得到高性能的儲能電容器，很多科研人員把焦點集中到制備高儲能密度電介 質(zhì)材料上。由于儲能密度分別與材料的相對介電常數(shù)和耐壓強度的平方成正比，因此制 備同時具有高介電常數(shù)和高耐壓強度的復(fù)合介質(zhì)材料成為了該領(lǐng)域的研究熱點。目前， 儲能電介質(zhì)材料主要有三類(一)陶瓷材料，如碳酸鋇(BaTiO3)可以用化學(xué)溶液沉積 法制成陶瓷薄膜，介電常數(shù)高達 2500 (J. Ihlefeld, B. Laughlin, A. Hunt-Lowery，et al， J. Electroceram. 2005，14，95.)，但陶瓷材料需要較高的燒結(jié)溫度，這會破壞電容器的基板 材料。(二)聚合物材料，如雙向拉伸聚丙烯(BOPP)具有很高的耐壓強度(640MV/m)，但 是較小的介電常數(shù)(2. 2)導(dǎo)致儲能密度只有1. 2J/cm3 (Μ. Rabuffi，G. Picci，IEEE Trans. Plasma Sci. 2002，30，1939.)，限制了它在儲能電容器中的應(yīng)用。(三)陶瓷填充聚合物 材料，如鈦酸鋇粉末填充聚酰亞胺復(fù)合材料，當(dāng)鈦酸鋇粉末的填充量達到50vol%時，在 IOOHz下，復(fù)合材料的介電常數(shù)達到50 (聚酰亞胺/鈦酸鋇復(fù)合膜介電性能及其影響因素的 研究(II).功能材料[J] 2008，2 (39) pp. 264-267)。但該方法的缺陷是，復(fù)合材料的介電常 數(shù)隨著陶瓷材料填充量的增加增長緩慢，而陶瓷材料的填充量過高時，易破壞復(fù)合材料的 機械性能。并且填料與基體的介電常數(shù)相差較大，在受到外電場作用時，復(fù)合材料內(nèi)部會產(chǎn) 生不均一的電場，這會大大地降低復(fù)合材料的耐壓強度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，而提供一種兼有高介電常數(shù)和高耐壓 強度，同時制備工藝簡單的高儲能密度全有機納米復(fù)合薄膜。本發(fā)明所提供的高儲能密度全有機納米復(fù)合薄膜由基體聚偏氟乙烯(PVDF)和填 料導(dǎo)電聚苯胺(PANI)粉末組成；復(fù)合薄膜中，基體聚偏氟乙烯所占的體積百分比為95 99%，填料導(dǎo)電聚苯胺所占的體積百分比為1 5% ；復(fù)合薄膜的厚度為25 30μπι。本發(fā)明所提供的高儲能密度全有機納米復(fù)合薄膜的制備方法，如下1)將導(dǎo)電聚苯胺(PANI)粉末、聚偏氟乙烯(PVDF)和溶劑N，N-二甲基甲酰胺 (DMF)混合后，球磨12士 lh，得到前軀體溶液；其中，PANI與PVDF的質(zhì)量比為(0.01 0.065) 1，PVDF 與 DMF 的體積比為 1 (19 20)；2)將步驟1)中制備的前軀體溶液在玻璃板上涂膜后，于60士 1°C干燥2士0. lh，得 到厚度為25 30 μ m的高儲能密度全有機復(fù)合薄膜。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明所提供的高儲能密度全有機納米復(fù)合薄膜的介電性能好，在導(dǎo)電聚苯胺體 積分數(shù)為5vol% (略高于滲流閾值4. lvol%)時，復(fù)合薄膜的介電常數(shù)高達456，較純聚偏氟乙烯薄膜提高了約40倍；耐壓強度高，電氣強度達60MV/m ；儲能密度高，儲能密度達到了 7. 2J/cm3，與聚偏氟乙烯基體相比提高了 3倍多。


圖1、實施例1-8中制備的復(fù)合薄膜的介電常數(shù)(a)和介電損耗(b)與頻率的關(guān)系。圖2、實施例1-8中制備的復(fù)合薄膜的介電常數(shù)(1000Hz條件下測得)與復(fù)合薄膜 中導(dǎo)電聚苯胺的體積分數(shù)的關(guān)系；插圖分別為介電損耗(tan δ)與復(fù)合薄膜中導(dǎo)電聚苯胺 的體積分數(shù)的關(guān)系(左上小圖)和介電常數(shù)與復(fù)合薄膜中導(dǎo)電聚苯胺的體積分數(shù)差值的關(guān) 系(右下小圖)。圖3、實施例7中制備的復(fù)合薄膜的表面SEM照片。圖4、實施例1-8中制備的復(fù)合薄膜的介電常數(shù)、耐壓強度和儲能密度與復(fù)合薄膜 中導(dǎo)電聚苯胺的體積分數(shù)的關(guān)系。
具體實施例方式下述實施例中所使用的PANI粉末和PVDF的重均分子量分別為5000、8000。導(dǎo)電 聚苯胺和PVDF均為市售商品。實施例1-9將PANI粉末、PVDF和DMF加入到球磨罐中，球磨12h，得到前軀體溶液后，在玻璃 板上展開，并置于鼓風(fēng)烘箱中，于60°C下加熱2h干燥，得到復(fù)合薄膜；其中，PANI粉末和 PVDF的用量及復(fù)合薄膜中PANI粉末和PVDF所占的體積百分比如表1中所示，實施例1_9 中溶劑DMF的用量均為20ml。
權(quán)利要求
一種高儲能密度全有機復(fù)合薄膜，其特征在于，所述的復(fù)合薄膜由基體聚偏氟乙烯PVDF和填料導(dǎo)電聚苯胺PANI組成；復(fù)合薄膜中，基體聚偏氟乙烯所占的體積百分比為95～99％，填料導(dǎo)電聚苯胺所占的體積百分比為1～5％；所述的復(fù)合薄膜的厚度為25～30μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高儲能密度全有機復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟1)將導(dǎo)電聚苯胺PANI粉末、聚偏氟乙烯PVDF和溶劑N，N-二甲基甲酰胺DMF混合后， 球磨12士 lh，得到前軀體溶液；其中，PANI與PVDF的質(zhì)量比為(0. 01 0. 065) 1，PVDF 與DMF的體積比為1 (19 20)2)將步驟1)中制備的前軀體溶液在玻璃板上涂膜后，于60士1°C干燥2士0. lh，得到厚 度為25 30 μ m的高儲能密度全有機復(fù)合薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高儲能密度全有機復(fù)合薄膜及其制備方法。本發(fā)明所提供的復(fù)合薄膜由基體聚偏氟乙烯PVDF和填料導(dǎo)電聚苯胺PANI組成；復(fù)合薄膜中，PVDF所占的體積百分比為95～99％，PANI所占的體積百分比為1～5％。本發(fā)明通過將PANI粉末、PVDF和溶劑DMF混合后，球磨12±1h，將所得前軀體溶液在玻璃板上涂膜后，于60±1℃干燥2±0.1h，得到厚度為25～30μm的高儲能密度全有機復(fù)合薄膜。本發(fā)明所提供的復(fù)合薄膜具有優(yōu)異的介電性能、耐壓強度和儲能密度。
文檔編號C08J5/18GK101955619SQ20091008926
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者黨智敏, 苑金凱 申請人:北京化工大學(xué)