【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及介質電容器，具體涉及一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜及其制備方法。
技術介紹
1、隨著人類對存儲能量的需求不斷增加，介質電容器由于其高功率密度和超快的充放電速度已成為一種理想的儲能器件，在電子電路、微波通信、電力系統等領域被廣泛應用并承擔著至關重要的作用。然而，它的儲能密度和充放電效率相對較低，就造成了電容器的體積和重量驟增和不期望的能量損失轉化為熱量。這顯然與未來儲能器件高效、穩定地儲存和釋放能源的發展趨勢相反。因此，實現介質電容器的儲能密度和效率的雙提升是科研人員們持之以恒的追求。電介質材料的放電能量密度和效率可以定義為：
2、其中，pm為最大極化，pr為剩余極化，e為外加電場，uloss為能量損失。對于線性介質，放電能量密度可以表達為：其中ε0為真空介電常數，εr為電介質材料的相對介電常數。顯然，εr和eb是決定材料儲能密度的兩個重要參數，而且eb相比于εr的影響更為關鍵。
3、介質電容器作為一種儲能器件，相比于化學電容器以及電池等儲能器件，擁有著快速充放電和高功率密度的能力已經被廣泛應用于許多先進的電力系統。在實際應用中，介質電容器由于儲能密度較低會導致自身體積和重量不期望的增加，與器件輕質小型化背道而馳。介質電容器所采用的材料可大致分為有機聚合物和無機陶瓷兩類，前者擁有較高的擊穿場強，而介電常數往往較低，后者擁有較高的介電常數，但擊穿場強卻不理想。上述的兩種電介質材料都很難單一的實現較高的儲能密度，而由有機聚合物和無機陶瓷填料結合各自的優勢進而實現超出兩者的儲能性能共同組成的納
4、多層結構介質薄膜，由耐擊穿的聚合物或者可以阻礙擊穿路徑的陶瓷填料組成的絕緣層，通過高擊穿場強的承壓層和高介電常數的極化層的不同功能層來克服擊穿場強和介電常數難以同步提升的問題。然而，研究表明層間介電差異雖然會引起界面極化，從而提高介電常數，但同樣會導致相鄰層交界處的電場畸變和不同層之間存在著較大的介電差異，置于外電場中電場分布不均會導致較早擊穿，不利于介質薄膜的儲能密度進一步提升。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是提供一種能夠顯著緩解多層結構不同功能層之間介電差異，同時改善擊穿場強和介電常數，并提高儲能密度的多層梯度結構的納米復合電介質薄膜及其制備方法。
2、本專利技術解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜，包括對稱設置的外層承壓層和位于兩層所述的承壓層中間的極化層，所述的承壓層為pmma和p(vdf-hfp)按等體積比混合而成，所述的極化層為p(vdf-hfp)，所述的承壓層與所述的極化層之間設置有緩沖層，所述的緩沖層為p(vdf-hfp)和pmma按體積比60％的比例混合而成；所述的承壓層、所述的極化層和所述的緩沖層中均填充有ni(oh)2。引入了緩沖層，以減緩相鄰層的介電差異所引起的電場突變，從而提高擊穿場強以及儲能密度。
3、進一步，所述的緩沖層為p(vdf-hfp)和pmma按體積比60％的比例混合而成。
4、進一步，一側所述的承壓層和所述的緩沖層的厚度之和等于所述的極化層的厚度。
5、進一步，所述的承壓層與所述的緩沖層的厚度之比為(1-3)：(3-1)。
6、優選的，所述的承壓層與所述的緩沖層的厚度之比為3：1。
7、進一步，所述的ni(oh)2在所述的承壓層、所述的極化層和所述的緩沖層中的填充質量百分比分別為30％。
8、本專利技術還提供一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜的制備方法，包括以下步驟：
9、(1)采用水熱法制備ni(oh)2納米片；
10、(2)將ni(oh)2納米片加入到承壓層、緩沖層和極化層中，按權利要求1所述的多層梯度結構進行靜電紡絲；
11、(3)在預設的條件下熱壓成膜得到多層梯度結構的納米復合電介質薄膜。
12、進一步，步驟(1)具體為：稱取1.2g?naoh和3.565g?nicl2分別加入到25ml去離子水中，以600r/min磁力攪拌30分鐘至完全溶解，再將nicl2溶液緩慢滴入naoh溶液中并加入30ml去離子水混合后，于600r/min磁力攪拌30min，然后將均勻的混合溶液倒入高壓反應釜內，在200℃下充分反應24h，將反應產物用酒精和去離子水在8000r/min的轉速下交替離心清洗數次，洗滌干凈后將產物轉移到真空干燥箱，于60℃干燥24h后，研磨得到淺綠色的ni(oh)2納米片。
13、進一步，步驟(2)具體為：
14、a.將ni(oh)2g納米片溶解于n，n-二甲基甲酰胺(dmf)中，經超聲分散后再以600r/min磁力攪拌30min至混合均勻，形成濃度為0.3g/l的ni(oh)2納米片溶液；
15、b.將p(vdf-hfp)和pmma加到ni(oh)2納米片溶液中，以600r/min磁力、60℃攪拌2h后，常溫攪拌4h，形成p(vdf-hfp)和pmma體積比為50％的承壓層溶液；
16、c.將p(vdf-hfp)和pmma加到溶液ni(oh)2納米片溶液中，以600r/min磁力、60℃攪拌2h，常溫攪拌4h，形成體積比為60％的緩沖層溶液；
17、d.將p(vdf-hfp)加到溶液ni(oh)2納米片溶液中，以600r/min磁力、60℃攪拌2h，常溫攪拌4h，形成極化層溶液；
18、e.將承壓層溶液、緩沖層溶液和極化層溶液分別進行真空處理除去氣泡，按權利要求1所述的梯度結構順序以1mm/min的速率在溫度為40℃和濕度為30的環境中靜電紡絲，收集到鋁箔紙上，然后放入60℃的烘箱中2h除去殘余溶劑，得到復合薄膜。
19、進一步，所述的ni(oh)2納米片在所述的承壓層溶液、所述的緩沖層溶液和所述的極化層溶液中的添加量均為質量百分比30％。
20、進一步，步驟(3)具體為：將步驟(2)中制備得到的復合薄膜粘貼在導電玻璃的導電面，并在150℃、15mpa的壓強下放在真空硫化機中熱壓30min，待熱壓結束后再將復合薄膜放置到200℃的烘箱中保溫10min，再迅速放入冰水混合物中完成淬火操作，清洗烘干后即得到多層梯度結構的納米復合電介質薄膜。
21、與現有技術相比，本專利技術的優點在于：本專利技術一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜及其制備方法，將具有高擊穿場強的pmma-p(vdf-hfp)等體積比共混基底作為外層以及具有高介電常數的p(vdf-hfp)作為內層，可以同時提升復合薄膜的擊穿場強和介電常數；梯度結構電介質薄膜通過引入緩沖層使得復合材料相鄰層基底材料的介電差異減小，介電常數和電導率的變化連續，使材料內部的電場分本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜，包括對稱設置的外層承壓層和位于兩層所述的承壓層中間的極化層，所述的承壓層為PMMA和?P(VDF-HFP)按等體積比混合而成，所述的極化層為P(VDF-HFP)，其特征在于：所述的承壓層與所述的極化層之間設置有緩沖層，所述的緩沖層為P(VDF-HFP)和PMMA按體積比60%的比例混合而成；所述的承壓層、所述的極化層和所述的緩沖層中均填充有Ni(OH)2。
2.根據權利要求1所述的一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜，其特征在于：一側所述的承壓層和所述的緩沖層的厚度之和等于所述的極化層的厚度。
3.根據權利要求1所述的一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜，其特征在于：所述的承壓層與所述的緩沖層的厚度之比為（1-3）：（3-1）。
4.根據權利要求1所述的一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜，其特征在于：所述的承壓層與所述的緩沖層的厚度之比為3：1。
5.根據權利要求1所述的一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜，其特征在于：所述的Ni(OH)2的在所述的承壓層、所述的極化層和所述的緩沖層中的填
6.一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜的制備方法，其特征在于，步驟（1）具體為：稱取1.2g?NaOH和3.565g?NiCl2分別加入到25ml去離子水中，以600r/min磁力攪拌30分鐘至完全溶解，再將NiCl2溶液緩慢滴入NaOH溶液中并加入30ml去離子水混合后，于600r/min磁力攪拌30min，然后將均勻的混合溶液倒入高壓反應釜內，在200℃下充分反應24h，將反應產物用酒精和去離子水在8000?r/min的轉速下交替離心清洗數次，洗滌干凈后將產物轉移到真空干燥箱，于60℃干燥24h后，研磨得到淺綠色的Ni(OH)2納米片。
8.根據權利要求6所述的一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜的制備方法，其特征在于，步驟（2）具體為：
9.根據權利要求8所述的一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜的制備方法，其特征在于：所述的Ni(OH)2納米片在所述的承壓層溶液、所述的緩沖層溶液和所述的極化層溶液中的添加量均為質量百分比30%。
10.根據權利要求6所述的一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜的制備方法，其特征在于，步驟（3）具體為：將步驟(2)中制備得到的復合薄膜粘貼在導電玻璃的導電面，并在150℃、15Mpa的壓強下放在真空硫化機中熱壓30min，待熱壓結束后再將復合薄膜放置到200℃的烘箱中保溫10min，再迅速放入冰水混合物中完成淬火操作，清洗烘干后即得到多層梯度結構的納米復合電介質薄膜。
...【技術特征摘要】
1.一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜，包括對稱設置的外層承壓層和位于兩層所述的承壓層中間的極化層，所述的承壓層為pmma和?p(vdf-hfp)按等體積比混合而成，所述的極化層為p(vdf-hfp)，其特征在于：所述的承壓層與所述的極化層之間設置有緩沖層，所述的緩沖層為p(vdf-hfp)和pmma按體積比60%的比例混合而成；所述的承壓層、所述的極化層和所述的緩沖層中均填充有ni(oh)2。
2.根據權利要求1所述的一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜，其特征在于：一側所述的承壓層和所述的緩沖層的厚度之和等于所述的極化層的厚度。
3.根據權利要求1所述的一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜，其特征在于：所述的承壓層與所述的緩沖層的厚度之比為（1-3）：（3-1）。
4.根據權利要求1所述的一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜，其特征在于：所述的承壓層與所述的緩沖層的厚度之比為3：1。
5.根據權利要求1所述的一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜，其特征在于：所述的ni(oh)2的在所述的承壓層、所述的極化層和所述的緩沖層中的填充質量百分比分別為30%。
6.一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的一種多層梯度結構的納米復合電介質薄膜的制備方法，其特征...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李偉平，侯亞飛，張琦雄，楊紅玲，楊建，
申請(專利權)人：寧波大學，
類型：發明
國別省市：
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