一种全有机三明治结构电介质薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于介质薄膜电容器技术领域，具体涉及一种全有机三明治结构电介质薄膜及其制备方法。本发明专利技术提供的全有机三明治结构电介质薄膜，包括有机基膜以及分别层叠设置于所述有机基膜上表面的第一涂层膜和下表面的第二涂层膜；所述第一涂层膜和第二涂层膜为派瑞林聚合物膜。本发明专利技术提供的电介质薄膜具有三明治结构，介电常数、击穿强度在单一组分聚合物电介质的基础上得到有效提高，从而大大提升能量密度；避免了因无机粒子引入导致的介电损耗的增加与击穿强度的降低，同时也可以避免由于界面电场集中导致的击穿场强和能量密度的大幅下降，同时缓解介电损耗，可在较宽的频率范围内保持低损耗因子。保持低损耗因子。保持低损耗因子。

【技术实现步骤摘要】
一种全有机三明治结构电介质薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于介质薄膜电容器
，具体涉及一种全有机三明治结构电介质薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]介质薄膜电容器具有高介电常数、低损耗等优点，广泛应用于高性能电子器件和电力系统中。对于薄膜电容器的小型化和优化，迫切需要具有高能量密度和高放电效率的电介质。因此，介电薄膜追求高介电常数和高击穿强度，以及低损耗因数。与柔韧性差、能量密度不足的陶瓷电介质相比，全有机聚合物材料具有高击穿强度、低损耗因子、优异的柔韧性、极好的可靠性和极好的设计自由度，在薄膜电容器应用中具有巨大潜力。
[0003]单组分聚合物(如聚氨酯、聚脲、聚硫脲和聚酰亚胺)通过分子设计得到了广泛研究，但是，因介电参数相互耦合，其能量密度的提高有限，难以满足现代应用领域对电介质薄膜的要求。
[0004]目前，双取向聚丙烯(BOPP)薄膜电容器是较为广泛使用的聚合物电介质电容器。在所有介电材料中，BOPP在1kHz时具有出色的低介电损耗(约0.02％)和高击穿强度(约640MV/m)。但是由于非极性结构导致的低介电常数(K＝2.2)，导致其能量密度较低。虽然已经研究了几十年，但能量密度仍然远低于1.2J/cm3。此外，BOPP薄膜的工作温度较低(105℃)，进一步限制了应用范畴。
[0005]长期以来，高能量密度性能的优化方法一直是将高介电常数无机陶瓷掺杂到聚合物基体中，以合成有机
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无机介电复合材料。然而，由于聚合物基体和无机陶瓷的介电性能和电导率存在巨大差异，很容易在电场形成的无机
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有机界面处发生畸变，导致击穿性能恶化。且陶瓷填料具有相对较高的介电损耗，降低了介电材料的储能效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种全有机三明治结构电介质薄膜及其制备方法，本专利技术提供的全有机三明治结构电介质薄膜的介电常数、能量密度与耐热性能得到显著提高。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种全有机三明治结构电介质薄膜，包括有机基膜2以及分别层叠设置于所述有机基膜2上表面的第一涂层膜1和下表面的第二涂层膜3；所述第一涂层膜1和第二涂层膜3为派瑞林聚合物膜。
[0009]优选的，所述有机基膜2包括双向拉伸聚丙烯膜、聚酰亚胺膜、聚醚酰亚胺膜、聚丙烯膜、聚醚醚酮膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚对萘二甲酸乙二醇酯膜、聚偏二氟乙烯膜、聚碳酸酯膜、聚苯硫醚膜、聚四氟乙烯膜、聚乙烯膜、聚苯乙烯膜、聚氯乙烯膜、聚二甲基硅氧烷膜、可溶性聚四氟乙烯膜或聚氨酯膜。
[0010]优选的，所述第一涂层膜1和第二涂层膜3独立地为C型派瑞林聚合物膜、N型派瑞林聚合物膜、D型派瑞林聚合物膜或F型派瑞林聚合物膜。
[0011]优选的，所述有机基膜2、第一涂层膜1和第二涂层膜3的厚度独立的为0.01～50μm。
[0012]本专利技术提供了上述技术方案所述的全有机三明治结构电介质薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0013]采用化学气相沉积聚合，以派瑞林聚合物前驱体为原料，在所述有机基膜2的上表面和下表面分别制备第一涂层膜1和第二涂层膜3，得到所述全有机三明治结构电介质薄膜。
[0014]优选的，所述派瑞林聚合物前驱体独立地包括二氯对二甲苯二聚体派瑞林C、对二甲苯二聚体派瑞林N、四氯对二甲苯二聚体派瑞林D和八氟对二甲苯二聚体派瑞林F中的任意一种。
[0015]优选的，所述化学气相沉积聚合包括以下步骤：将所述派瑞林聚合物前驱体加热进行升华，得到前驱体气体；将所述前驱体气体加热进行裂解，得到气态单体；将所述气体单体降温分别在所述有机基膜2的上表面和下表面沉积聚合得到第一涂层膜1和第二涂层膜3。
[0016]优选的，所述升华的温度为120～160℃；所述升华时环境的压力为0.2～5托。
[0017]优选的，所述裂解的温度为600～900℃；所述裂解时环境的压力为0.1～2托。
[0018]优选的，所述沉积聚合的温度为25～60℃；所述沉积聚合在真空条件下进行，所述沉积聚合的真空度为0.1～3Pa。
[0019]本专利技术提供了一种全有机三明治结构电介质薄膜，包括有机基膜2以及分别层叠设置于所述有机基膜2上表面的第一涂层膜1和下表面的第二涂层膜3；所述第一涂层膜1和第二涂层膜3为派瑞林聚合物膜。本专利技术提供的电介质薄膜具有三明治结构，相比于单一组分的聚合物电介质薄膜，例如目前最先进的商业化薄膜双向拉伸聚丙烯(BOPP)，本专利技术采用第一涂层膜1和第二涂层膜3对有机基膜2进行性能修饰，通过三层的三明治复合结构，使本专利技术提供的全有机三明治结构复合薄膜的介电常数、击穿强度在单一组分聚合物电介质的基础上得到有效提高，从而大大提升能量密度；同时，相比于有机/无机复合电介质薄膜，本专利技术提供的全有机三明治结构复合薄膜避免了无机填料与有机基体的机械性能差异，进而避免了因无机粒子引入导致的介电损耗的增加与击穿强度的降低，同时也可以避免由于界面电场集中导致的击穿场强和能量密度的大幅下降，同时缓解介电损耗，可在较宽的频率范围内保持低损耗因子。
[0020]进一步的，所述有机基膜2包括双向拉伸聚丙烯膜、聚酰亚胺膜、聚醚酰亚胺膜、聚丙烯膜、聚醚醚酮膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚对萘二甲酸乙二醇酯膜、聚偏二氟乙烯膜、聚碳酸酯膜、聚苯硫醚膜、聚四氟乙烯膜、聚乙烯膜、聚苯乙烯膜、聚氯乙烯膜、聚二甲基硅氧烷膜、可溶性聚四氟乙烯膜或聚氨酯膜。本专利技术提供的全有机三明治结构电介质薄膜，有机基膜2与第一涂层膜1和第二涂层膜3层间具有良好的界面相容性和较强的粘合相互作用。强相互作用使界面处存在数纳米的高迁移率区域，能够增加聚合物链的迁移率并增强介电响应，使得复合薄膜的综合介电性能得到提升。
[0021]本专利技术提供了上述技术方案所述的全有机三明治结构电介质薄膜的制备方法，包括以下步骤：采用化学气相沉积聚合，以派瑞林聚合物前驱体为原料，在所述有机基膜2的上表面和下表面分别制备第一涂层膜1和第二涂层膜3，得到所述全有机三明治结构电介质
薄膜。与其他成膜技术如逐层溶液浇铸或多层共挤相比，本专利技术采用化学气相沉积聚合法(CVDP)制备全有机三明治结构电介质薄膜具有很强的层间附着力，在恶劣条件下具有良好的稳定性。同时，也使本专利技术提供的全有机三明治结构复合薄膜的制备方法简单，易于超薄化及工业放大。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例提供的全有机三明治结构电介质薄膜的结构示意图；
[0023]图中，1为第一涂层膜，2为有机基膜，3为第二涂层膜。
具体实施方式
[0024]本专利技术提供了一种全有机三明治结构电介质薄膜，包括有机基膜2以及分别层叠设置于所述有机基膜2上表面的第一涂层膜1和下表面的第二涂层膜3；所述第一涂层膜1和第二涂层膜3为派瑞林聚合物膜。
[0025]在本专利技术中，若无特殊说明，所有制备原料/组分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全有机三明治结构电介质薄膜，其特征在于，包括有机基膜(2)以及分别层叠设置于所述有机基膜(2)上表面的第一涂层膜(1)和下表面的第二涂层膜(3)；所述第一涂层膜(1)和第二涂层膜(3)为派瑞林聚合物膜。2.根据权利要求1所述全有机三明治结构电介质薄膜，其特征在于，所述有机基膜(2)包括双向拉伸聚丙烯膜、聚酰亚胺膜、聚醚酰亚胺膜、聚丙烯膜、聚醚醚酮膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚对萘二甲酸乙二醇酯膜、聚偏二氟乙烯膜、聚碳酸酯膜、聚苯硫醚膜、聚四氟乙烯膜、聚乙烯膜、聚苯乙烯膜、聚氯乙烯膜、聚二甲基硅氧烷膜、可溶性聚四氟乙烯膜或聚氨酯膜。3.根据权利要求1所述全有机三明治结构电介质薄膜，其特征在于，所述第一涂层膜(1)和第二涂层膜(3)独立地为C型派瑞林聚合物膜、N型派瑞林聚合物膜、D型派瑞林聚合物膜或F型派瑞林聚合物膜。4.根据权利要求1～3任一项所述全有机三明治结构电介质薄膜，其特征在于，所述有机基膜(2)、第一涂层膜(1)和第二涂层膜(3)的厚度独立的为0.01～50μm。5.权利要求1～4任一项所述的全有机三明治结构电介质薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用化学气相沉积聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐菊，曹诗沫，佟辉，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：