CN109486106B - 高储能密度电介质材料及其制备方法 - Google Patents

高储能密度电介质材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高储能密度电介质材料及其制备方法，所述高储能密度电介质材料，包括层叠的至少两层有机‑无机复合膜和至少一层有机膜，且最外层为有机‑无机复合膜，所述有机‑无机复合膜包括有机基体和无机填料，所述有机基体为热塑性树脂和热固性树脂中的至少一种，所述无机填料是介电陶瓷材料，所述有机膜为热塑性树脂和热固性树脂中的至少一种。

Description

高储能密度电介质材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种多层结构的高储能密度有机-无机复合材料及其制备方法。
背景技术
具有高充放电速度和高功率密度的介电电容器在电力系统、脉冲功率电源等方面扮演着重要角色。近年来以智能物联网和可穿戴技术为代表的新一代信息技术和产业对电子系统的高集成度、小型化、轻量化和高密度化的需求驱使传统陶瓷电介质材料迅速减薄，漏电流急剧增加。因此寻找新型高储能密度电介质材料已经成为信息功能材料和微电子领域的前瞻性研究课题。高储能密度聚合物复合电介质材料由于工艺简单、成本低廉、易与柔性基体兼容以及适合大面积生产等优点已成为学术和产业界关注的热点。
根据介电材料储能密度的定义(公式1)，介质材料的能量密度主要取决于电场强度E和电位移矢量D，对于一般的线性介电材料的储能密度Ue则可以简化为公式2，其中ε0与εr分别是真空和介质材料的介电常数，EB是介电击穿强度。
Figure BDA0001827487050000011
Figure BDA0001827487050000012
因此同时提高材料的介电常数和击穿强度可以最大限度地提高介电材料的储能密度。
为了获得高储能密度的聚合物复合材料，目前通用的方法包括：依据有效介质理论，在聚合物基体中填充各类高介电陶瓷填料构筑0-3型高介电聚合物复合材料。但是这种通过陶瓷的添加量来调控复合材料的介电特性的方法对于复合材料介电常数的提高仍然有限，同时大量填料的引入必然导致大量缺陷，从而降低材料的耐压强度。
发明内容
本发明的目的是要解决现有高储能密度的聚合物复合材料的介电常数低，耐压强度低的问题，而提供高储能密度电介质材料及其制备方法和应用。
一方面，本发明提供一种高储能密度电介质材料，其包括层叠的至少两层有机-无机复合膜和至少一层有机膜，且最外层为有机-无机复合膜，所述有机-无机复合膜包括有机基体和无机填料，所述有机基体为热塑性树脂和热固性树脂中的至少一种，所述无机填料是介电陶瓷材料，所述有机膜为热塑性树脂和热固性树脂中的至少一种。
根据本发明，一、在上述材料结构中，由于有机膜的存在，大大提高了复合材料的耐击穿强度，因此储能密度大大提高。二、上述材料充分利用了界面两边不同极性或电导率的组份在外电场的作用下，电介质中的电子或离子在界面处容易聚集引起的极化效应，进而提高了材料的介电常数的原理，同时在复合材料内部引入有机膜，如高绝缘性的PI，则可以在一定程度上提高复合材料的耐击穿电压和改善复合材料的介电损耗，因此根据材料的乘积效应，该多层复合材料膜可以同时提高材料的储能密度。三、上述材料的介电常数≥85，储能密度≥20J/cm3，耐压强度为400KV/mm～600KV/mm。
较佳地，所述高储能密度电介质材料的厚度为8μm～500μm，所述有机-无机复合膜的厚度为3μm～30μm；所述有机膜的厚度为2μm～20μm。
所述高储能密度电介质材料中包含至少两层有机-无机复合膜，且这两层有机-无机复合膜材质可以相同也可以不同。
较佳地，当所述高储能密度电介质材料的叠层中出现有机-无机复合膜与有机-无机复合膜相邻叠加时，相邻叠加的两层有机-无机复合膜的材质不同。
较佳地，当所述高储能密度电介质材料中包含多层有机膜时，两层有机膜之间至少隔一层有机-无机复合膜。
第二方面，本发明提供上述任一高储能密度电介质材料的制备方法，包括：将各层有机-无机复合膜和有机膜层叠后，热压复合，并加热固化，得到所述高储能密度电介质材料。
较佳地，所述制备方法包括以下步骤：在两个基材上分别涂覆有机-无机复合浆料；以及在其中一个基材上按照高储能密度电介质材料叠层要求依次涂覆有机-无机复合浆料和/或放置有机膜，再将另一基材以涂层在下的形式叠加，热压复合，并加热固化，得到所述高储能密度电介质材料。
较佳地，所述加热固化是在80～350℃下固化60分钟～240分钟。
第三方面，本发明提供一种高储能密度电介质材料，其包括层叠的至少两层有机-无机复合膜，且其中相邻层叠的两层有机-无机复合膜的材质不同，所述有机-无机复合膜包括有机基体和无机填料，所述有机基体为热塑性树脂和热固性树脂中的至少一种，所述无机填料是介电陶瓷材料。
第四方面，本发明提供上述任一高储能密度电介质材料在电容器、麦克风或脉冲功率器件中的应用。
根据本发明，可以提供一种兼具优异的介电常数、储能密度和耐压强度的高储能密度电介质材料。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明一实施方式的高储能密度电介质材料包括层叠的至少两层有机-无机复合膜和至少一层有机膜，且最外层为有机-无机复合膜。如果最外层为有机膜，则会导致层叠材料的介电常数低下。由于最外层为纯有机膜时，在一定的电场下，材料内部的极化率较低，进而导致介电低下。
在此，“有机-无机复合膜”是指含有有机基体和无机填料的复合膜。“有机膜”是指仅含有机物而不含无机物的膜。
“最外层”是指层叠体中最靠两外侧的那两层。也就是说，本实施方式中，通过在两层有机-无机复合膜之间至少夹了有机膜而形成高储能密度电介质材料。
至少两层有机-无机复合膜的材质可以相同，也可以不同。
本文中，有机-无机复合膜的材质相同或不同是指有机-无机复合膜中的有机基体和无机填料中的至少一者的材质相同或不同。
与有机-无机复合膜相邻的膜可以是有机-无机复合膜，也可以是有机膜。当有机-无机复合膜与有机-无机复合膜相邻叠加时，相邻叠加的两层有机-无机复合膜的材质优选为不同，这样可以充分利用分级界面特性进一步提高复合材料的介电常数。
优选实施方式中，当有机膜为多层时，两层有机膜之间至少隔一层有机-无机复合膜。也就是说，与有机膜相邻的膜优选为有机-无机复合膜，这样可以增加界面效应，进一步提高储能密度。与有机膜相邻的两层有机-无机复合膜的材质可以相同，也可以不同。当与有机膜相邻的两层有机-无机复合膜的材质不同时，可以获得更高的介电常数和储能密度。当有机膜为多层时，各有机膜的材质可以相同，也可以不同。
本发明另一实施方式的高储能密度电介质材料包括层叠的至少两层有机-无机复合膜，且其中相邻层叠的两层有机-无机复合膜的材质不同。高储能密度电介质材料中至少两层有机-无机复合膜的材质至少为两种。优选地，高储能密度电介质材料由至少两层有机-无机复合膜叠加而成。
一些实施方式中，高储能密度电介质材料的厚度为8μm～500μm。
一些实施方式中，有机-无机复合膜的厚度为3μm～30μm。
一些实施方式中，有机膜的厚度为2μm～20μm。
有机-无机复合膜中，无机填料质量分数可为0.5％～80％，优选为50％～70％。当无机填料质量分数为50％～70％时，可以使复合材料的介电常数最优。有机基体的质量分数可为20％～99.5％，优选为30％～50％。无机填料与有机基体的质量比可为1：199～4：1。
有机-无机复合膜中的有机基体可为热塑性树脂和热固性树脂中的至少一种，优选自环氧树脂、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺中的至少一种，从工业应用考虑，更优选自环氧树脂和聚酰亚胺中的至少一种。
有机-无机复合膜中的无机填料是介电陶瓷材料。一些实施方式中，无机填料的介电常数为100～10000。无机填料可选自一维填料、二维填料、颗粒粉体填料中的至少一种。其中优选一维填料，采用一维陶瓷与采用二维填料和/或颗粒粉体填料相比，能使有效界面面积增加，电偶极矩增加，从而在同等添加量下可以获得更高的介电常数和储能密度。
所述的一维填料可选自钛酸锶纳米线、钛酸锶钡纳米线、钛酸钙纳米线、钛酸钙钡纳米线、氧化锌纳米线、氧化铝纳米线中的至少一种。
一维填料的直径可为20nm～1000nm，优选为50～300nm，长度可为100nm～100μm，优选为5～10μm，长径比可为10:1～2000:1，优选为10:1～50:1。
所述的二维填料可选自氮化硼纳米片、石墨烯纳米片、TiO2纳米片中的至少一种。
二维填料的长度可为50nm～10μm，优选为500nm～3μm，宽度可为50nm～10μm，优选为500nm～3μm，厚度可为10nm～5μm，优选为500nm～3μm。
所述的颗粒粉体填料可选自高介电陶瓷颗粒如纳米钛酸钡、钛酸锶钡、氧化锌、氧化铝、氧化锆中的至少一种。
颗粒粉体填料的形状可为球形或类球形。其平均粒径可为10nm～3μm，优选为50nm～400nm。
从提高介电常数和耐压的角度考虑，无机填料优选用钛酸锶钡、钛酸钡系列。
一些实施方式中，有机-无机复合膜中还含有助剂。
助剂包括但不限于分散剂、偶联剂、流平剂、消泡剂、固化剂、促进剂等。
一些实施方式中，有机-无机复合膜中无机填料质量分数为0.5％～80％，助剂的质量分数为0.5％～15％，有机基体的质量分数为5％～99％。
分散剂可为非离子型乳化剂、阳离子乳化剂或阴离子型乳化剂。
偶联剂可选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂中的至少一种。
硅烷偶联剂例如可为国产的KH550、KH560、KH570或KH551，或者道康宁公司的OFS-6020、OFS-6030或OFS-6040，或者美国迈图的A-186Silane、A-171Silane、A-1120Silane或A-1100Silane，或者日本信越KBM303、KBM503、KBM603、KBM403、KBE1003或KBE903。
钛酸酯偶联剂例如可为旗宇化学的钛酸酯偶联剂-101、钛酸酯偶联剂-102、钛酸酯偶联剂-105、钛酸酯偶联剂-130或钛酸酯偶联剂-133，或者杜邦的TytanAP100，或者美国肯利奇KENRICH的R-TTS、KR-38S、KR-12、KR-9S或TTOP-38S，或者天辰化工的TC-70。
铝酸酯偶联剂例如可为杭州杰西卡化工的HY-133、HY-1804、HY-1805、HY-1108、HY-999或HY-988。
磷酸酯偶联剂例如为国内的DN-27、DN-37或DN-307。
流平剂可选自有机硅类流平剂、氟碳化合物类流平剂中的至少一种。
有机硅类流平剂例如可为WE-D9000、欧晨KLE-41、BYK-300、BYK-306、BYK-307或BYK-310。
氟碳化合物类流平剂例如可为EFKA-3600或EFKA-E3500。
一些实施方式中，有机膜可为热塑性树脂和热固性树脂中的至少一种。例如，有机膜可选自聚酰亚胺膜、环氧树脂膜、聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜和丙烯酸树脂膜中的至少一种。从电子工业应用的角度考虑，有机膜料优选为聚偏氟乙烯膜、环氧树脂膜和聚酰亚胺膜中的至少一种，更优选自聚酰亚胺膜、环氧树脂膜中的至少一种。
优选实施方式中，有机膜的材质和与有机膜相邻的有机-无机复合膜中的有机基体的材质不同，这样能充分利用界面极化，提高介电常数。
本发明一实施方式中，根据高储能密度电介质材料的结构将各层层叠后，热压复合，并加热固化，得到高储能密度电介质材料。
有机-无机复合膜可通过涂覆有机-无机复合浆料而形成。
有机-无机复合浆料中含有有机基体、无机填料，也可以还含有助剂。
有机-无机复合浆料中的溶剂可选自丁酮、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的至少一种。
一实施方式中，有机-无机复合浆料通过如下方法配制：①、将有机基体加入到溶剂A中，在温度30～60℃下搅拌超声10min～120min，得到有机基体溶液；②、将无机填料超声搅拌分散于溶剂B中，得到悬浮液，然后将悬浮液超声搅拌分散于有机基体溶液中，再加入助剂，超声搅拌混合均匀，得到混合物，将混合物倒入球磨罐中以300rpm～700rpm的转速球磨10h～22h，得到有机-无机复合浆料。溶剂B与溶剂A可以相同也可以不同。
①中所述有机基体与溶剂A的质量比可为1:(1～30)。
②中所述悬浮液中无机填料与溶剂B的质量比可为1:(1～10)。
加热固化的条件可为在80～200℃下固化60min～180min。
一实施方式中，在两个基材上分别涂覆有机-无机复合浆料，并在其中一个基材上按照高储能密度电介质材料叠层要求依次涂覆有机-无机复合浆料和/或放置有机膜，再将另一基材以涂层在下的形式叠加，热压复合，并加热固化，得到所述高储能密度电介质材料。
所述基材可为非导电基材或导电基材。
所述非导电基材例如可为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。
所述导电基材例如可为铝箔、铜箔、金箔、银箔、镍箔或锡箔。
一实施方式中，高储能密度电介质材料的制备按以下步骤进行。
首先，制备若干份有机-无机复合浆料。若干份有机-无机复合浆料的材质相同或材质不同。
然后，在若干份有机-无机复合浆料取出两份分别涂覆于两个基材上，待溶剂完全挥发后，得到两个片材。
取两个片材中一个作为基体片材，另一个作为顶面片材，在基体片材的涂层上按照高储能密度电介质材料叠层要求依次涂覆有机-无机复合浆料和/或放置有机膜。每次涂覆有机-无机复合浆料优选先进行溶剂挥发过程，当溶剂完全挥发后继续操作。最后将顶面片材以涂层在下的形式叠加，热压复合，然后加热固化，即得到高储能密度电介质材料。
当所述高储能密度电介质材料的叠层中出现有机-无机复合膜与有机-无机复合膜相邻叠加时，相邻叠加的两层有机-无机复合膜的材质优选为不同。
当所述高储能密度电介质材料中包含多层有机膜时，优选地，两层有机膜之间至少隔一层有机-无机复合膜。
一实施方式中，高储能密度电介质材料的制备按以下步骤进行。
首先，制备若干份有机-无机复合浆料，且若干份有机-无机复合浆料的材质至少有两种。
然后，在若干份有机-无机复合浆料取出两份分别涂覆于两个基材上，待溶剂完全挥发后，得到两个片材。
取得到的两个片材中一个作为基体片材，另一个作为顶面片材，在基体片材的涂层上按照高储能密度电介质材料叠层要求依次涂覆有机-无机复合浆料。每次涂覆有机-无机复合浆料优选先进行溶剂挥发过程，当溶剂完全挥发后继续操作。最后将顶面片材以涂层在下的形式叠加，热压复合，然后加热固化，即得到高储能密度电介质材料。
一实施方式中，高储能密度电介质材料的制备按以下步骤进行。
首先，制备若干份有机-无机复合浆料，且若干份有机-无机复合浆料的材质至少有两种。
然后，在若干份有机-无机复合浆料取出两份分别涂覆于两个基材上，待溶剂完全挥发后，得到两个片材。
取得到的两个片材中一个作为基体片材，另一个作为顶面片材，在基体片材的涂层上按照高储能密度电介质材料叠层要求依次涂覆有机-无机复合浆料。每次涂覆有机-无机复合浆料优选先进行溶剂挥发过程，当溶剂完全挥发后继续操作。最后将顶面片材以涂层在下的形式叠加，热压复合，然后加热固化，即得到高储能密度电介质材料。
本发明的高储能密度电介质材料可作为介电材料用于嵌入式电容器、麦克风或脉冲功率器件中。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
以下实施例中，各性能测试方法如下：
介电常数：根据测试标准IPC TM 650 2.5.5.3；
储能密度：根据公式2；
耐压强度：根据测试标准IPC TM 650 2.5.6.3。
实施例1：一种高储能密度电介质材料的制备方法，它是按以下步骤完成的。
一、制备有机-无机复合浆料A：①、准备物料：按重量份数称取30份环氧树脂E-51、30份钛酸铜钙纳米纤维、0.3份2-甲基咪唑、3份双氰胺、60份丁酮、0.27份磷酸三乙酯、3份OFS-6020和2份Resiflow P-67；所述钛酸铜钙纳米纤维的直径400nm，长度为20μm；②、将30份环氧树脂E-51加入到30份丁酮中，在温度45℃下超声搅拌至环氧树脂E-51完全溶解，然后加入0.3份2-甲基咪唑、3份双氰胺、0.27份磷酸三乙酯和2份Resiflow P-67，在搅拌速度为300转/分钟下搅拌60min，得到有机基体溶液；②、将30份钛酸铜钙纳米纤维超声搅拌分散于30份丁酮中，得到悬浮液，然后将悬浮液超声搅拌分散于有机基体溶液中，再加入3份OFS-6020，在搅拌速度为300转/分钟下搅拌60min，得到混合物A，将混合物A倒入球磨罐中以500rpm的转速球磨16h，得到有机-无机复合浆料A。
二、制备有机-无机复合浆料B：①、准备物料：按重量份数称取30份环氧树脂E-51、10份钛酸钡纳米纤维、0.3份2-甲基咪唑、3份双氰胺、60份丁酮、0.27份磷酸三乙酯、2份OFS-6020和2份Resiflow P-67；所述钛酸钡纳米纤维的直径100nm，长度为15μm；②、将30份环氧树脂E-51加入到30份丁酮中，在温度45℃下超声搅拌至环氧树脂E-51完全溶解，然后加入0.3份2-甲基咪唑、3份双氰胺、0.27份磷酸三乙酯和2份Resiflow P-67，在搅拌速度为300转/分钟下搅拌60min，得到有机基体溶液；②、将10份钛酸钡纳米纤维超声搅拌分散于30份丁酮中，得到悬浮液，然后将悬浮液超声搅拌分散于有机基体溶液中，再加入2份OFS-6020，在搅拌速度为300转/分钟下搅拌60min，得到混合物B，将混合物B倒入球磨罐中以500rpm的转速球磨16h，得到有机-无机复合浆料B。
三、将有机-无机复合浆料A和有机-无机复合浆料B分别涂覆于两个铜箔基材上，待溶剂完全挥发后，得到片材A和片材B。
四、片材B作为基体片材，片材A作为顶面片材，在基体片材的涂层上放一层聚酰亚胺膜，最后将顶面片材以涂层在下的形式叠加，热压复合，然后在温度为200℃下固化180min，即得到高储能密度电介质材料；所述高储能密度电介质材料的厚度为15μm。
通过对实施例1制备的高储能密度电介质材料进行检测，可知实施例1制备的高储能密度电介质材料的介电常数为100，储能密度为23.5J/cm3，耐压强度为426.5KV/mm。
实施例2：一种高储能密度电介质材料的制备方法，它是按以下步骤完成的。
一、制备有机-无机复合浆料：①、准备物料：按重量份数称取30份环氧树脂E-51、30份钛酸钡纳米纤维、0.3份2-甲基咪唑、3份双氰胺、60份丁酮、0.27份磷酸三乙酯、3份OFS-6020和2份Resiflow P-67；所述钛酸钡纳米纤维的直径100nm，长度为15μm；②、将30份环氧树脂E-51加入到30份丁酮中，在温度45℃下超声搅拌至环氧树脂E-51完全溶解，然后加入0.3份2-甲基咪唑、3份双氰胺、0.27份磷酸三乙酯和2份Resiflow P-67，在搅拌速度为300转/分钟下搅拌60min，得到有机基体溶液；②、将30份钛酸钡纳米纤维超声搅拌分散于30份丁酮中，得到悬浮液，然后将悬浮液超声搅拌分散于有机基体溶液中，再加入3份OFS-6020，在搅拌速度为300转/分钟下搅拌60min，得到混合物，将混合物倒入球磨罐中以500rpm的转速球磨16h，得到有机-无机复合浆料。
二、将有机-无机复合浆料分别涂覆于两个铜箔基材上，待溶剂完全挥发后，得到片材A和片材B。
三、片材B作为基体片材，片材A作为顶面片材，在基体片材的涂层上放一层聚酰亚胺膜，最后将顶面片材以涂层在下的形式叠加，热压复合，然后在温度为180℃下固化180min，即得到高储能密度电介质材料；所述高储能密度电介质材料的厚度为15μm。
通过对实施例2制备的高储能密度电介质材料进行检测，可知实施例2制备的高储能密度电介质材料的介电常数为85，储能密度为20J/cm3，耐压强度为455KV/mm。
实施例3：一种高储能密度电介质材料的制备方法，它是按以下步骤完成的。
一、制备有机-无机复合浆料：①、准备物料：按重量份数称取30份环氧树脂E-51、30份钛酸钡纳米纤维、0.3份2-甲基咪唑、3份双氰胺、60份丁酮、0.27份磷酸三乙酯、3份OFS-6020和2份Resiflow P-67；所述钛酸钡纳米纤维的直径100nm，长度为15μm；②、将30份环氧树脂E-51加入到30份丁酮中，在温度45℃下超声搅拌至环氧树脂E-51完全溶解，然后加入0.3份2-甲基咪唑、3份双氰胺、0.27份磷酸三乙酯和2份Resiflow P-67，在搅拌速度为300转/分钟下搅拌60min，得到有机基体溶液；②、将30份钛酸钡纳米纤维超声搅拌分散于30份丁酮中，得到悬浮液，然后将悬浮液超声搅拌分散于有机基体溶液中，再加入3份OFS-6020，在搅拌速度为300转/分钟下搅拌60min，得到混合物，将混合物倒入球磨罐中以500rpm的转速球磨16h，得到有机-无机复合浆料。
二、将有机-无机复合浆料分别涂覆于两个铜箔基材上，待溶剂完全挥发后，得到片材A和片材B。
三、片材B作为基体片材，片材A作为顶面片材，在基体片材的涂层上放一层聚酰亚胺膜，然后涂覆一层有机-无机复合浆料，待溶剂完全挥发后放一层聚酰亚胺膜，最后将顶面片材以涂层在下的形式叠加，热压复合，然后在温度为200℃下固化180min，即得到高储能密度电介质材料；所述高储能密度电介质材料的厚度为25μm。
通过对实施例3制备的高储能密度电介质材料进行检测，可知实施例3制备的高储能密度电介质材料的介电常数为85，储能密度为33J/cm3，耐压强度为461KV/mm。
实施例4：一种高储能密度电介质材料的制备方法，它是按以下步骤完成的。
一、制备有机-无机复合浆料A：①、准备物料：按重量份数称取30份环氧树脂E-51、30份钛酸铜钙纳米纤维、0.3份2-甲基咪唑、3份双氰胺、60份丁酮、0.27份磷酸三乙酯、3份OFS-6020和2份Resiflow P-67；所述钛酸铜钙纳米纤维的直径400nm，长度为20μm；②、将30份环氧树脂E-51加入到30份丁酮中，在温度45℃下超声搅拌至环氧树脂E-51完全溶解，然后加入0.3份2-甲基咪唑、3份双氰胺、0.27份磷酸三乙酯和2份Resiflow P-67，在搅拌速度为300转/分钟下搅拌60min，得到有机基体溶液；②、将30份钛酸铜钙纳米纤维超声搅拌分散于30份丁酮中，得到悬浮液，然后将悬浮液超声搅拌分散于有机基体溶液中，再加入3份OFS-6020，在搅拌速度为300转/分钟下搅拌60min，得到混合物A，将混合物A倒入球磨罐中以500rpm的转速球磨16h，得到有机-无机复合浆料A。
二、制备有机-无机复合浆料B：①、准备物料：按重量份数称取30份环氧树脂E-51、10份钛酸钡纳米纤维、0.3份2-甲基咪唑、3份双氰胺、60份丁酮、0.27份磷酸三乙酯、2份OFS-6020和2份Resiflow P-67；所述钛酸钡纳米纤维的直径100nm，长度为15μm；②、将30份环氧树脂E-51加入到30份丁酮中，在温度45℃下超声搅拌至环氧树脂E-51完全溶解，然后加入0.3份2-甲基咪唑、3份双氰胺、0.27份磷酸三乙酯和2份Resiflow P-67，在搅拌速度为300转/分钟下搅拌60min，得到有机基体溶液；②、将10份钛酸钡纳米纤维超声搅拌分散于30份丁酮中，得到悬浮液，然后将悬浮液超声搅拌分散于有机基体溶液中，再加入2份OFS-6020，在搅拌速度为300转/分钟下搅拌60min，得到混合物B，将混合物B倒入球磨罐中以500rpm的转速球磨16h，得到有机-无机复合浆料B。
三、将有机-无机复合浆料A分别涂覆于两个铜箔基材上，待溶剂完全挥发后，得到片材A和片材B。
四、片材B作为基体片材，片材A作为顶面片材，在基体片材的涂层上覆于一层有机-无机复合浆料B，待溶剂完全挥发后将顶面片材以涂层在下的形式叠加，热压复合，然后在温度为200℃下固化180min，即得到高储能密度电介质材料；所述高储能密度电介质材料的厚度为25μm。
通过对实施例4制备的高储能密度电介质材料进行检测，可知实施例4制备的高储能密度电介质材料的介电常数为100，储能密度为36.5J/cm3，耐压强度为287KV/mm。
实施例5：一种高储能密度电介质材料的制备方法，它是按以下步骤完成的。
一、制备有机-无机复合浆料：①、准备物料：按重量份数称取30份聚偏氟乙烯(PVDF)、30份钛酸锶钡、3份氮化硼纳米片、40份DMF、0.27份磷酸三乙酯；所述钛酸锶钡为球形或不规则纳米颗粒，其直径为200～300nm；所述氮化硼纳米片，其长宽比接近1:1，尺寸长宽尺寸接近于2μm；②将称取的原料混合后，超声搅拌8h得到复合浆料A；③按重量份数称取30份聚偏氟乙烯(PVDF)、30份钛酸锶钡、40份DMF、0.27份磷酸三乙酯；所述钛酸锶钡为球形或不规则纳米颗粒，其直径为200～300nm；④将称取的原料混合后，超声搅拌8h得到复合浆料B。
二、将浆料B通过旋涂工艺涂敷在厚度为25微米的PET膜上，形成膜层F1(厚度5微米)，待溶剂挥发完全后，将浆料A通过同样的旋涂工艺在F1上形成膜层F2，然后再将浆料B涂覆于F2之上形成膜层F3，然后剥离PET基材，将膜层放入180度的烘箱干燥2小时即可得到高储能密度电介质材料。
通过对实施例5制备的高储能密度电介质材料进行检测，可知实施例5制备的高储能密度电介质材料的介电常数为25，储能密度为16J/cm3，耐压强度为380KV/mm。

Claims (6)

1.一种高储能密度电介质材料，其特征在于，包括层叠的至少两层有机-无机复合膜和至少一层有机膜，且最外层为有机-无机复合膜，所述有机-无机复合膜包括有机基体和无机填料，所述有机基体为热塑性树脂和热固性树脂中的至少一种，所述无机填料是介电陶瓷材料，所述有机膜为热塑性树脂和热固性树脂中的至少一种，当所述高储能密度电介质材料的叠层中出现有机-无机复合膜与有机-无机复合膜相邻叠加时，相邻叠加的两层有机-无机复合膜的材质不同，当所述高储能密度电介质材料中包含多层有机膜时，两层有机膜之间至少隔一层有机-无机复合膜，所述有机-无机复合膜中无机填料质量分数为50％～70％；有机基体的质量分数为30％～50％，所述的无机填料为一维填料、二维填料和颗粒粉体填料，所述的一维填料的直径为20nm～1000nm，长度为100nm～100μm，长径比为10:1～2000:1，所述的二维填料的长度为50nm～10μm，宽度为50nm～10μm，厚度为10nm～5μm，所述的颗粒粉体填料的形状为球形或类球形，其平均粒径为10nm～3μm；
所述的一维填料选自钛酸锶纳米线、钛酸锶钡纳米线、钛酸钙纳米线、钛酸钙钡纳米线、氧化锌纳米线、氧化铝纳米线中的至少一种；所述的二维填料选自氮化硼纳米片、石墨烯纳米片、TiO2纳米片中的至少一种；所述颗粒粉体填料选自纳米钛酸钡、钛酸锶钡、氧化锌、氧化铝、氧化锆中的至少一种；
所述有机基体选自环氧树脂、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺中的至少一种。
2.一种高储能密度电介质材料，其特征在于，包括层叠的至少两层有机-无机复合膜，且其中相邻层叠的两层有机-无机复合膜的材质不同，所述有机-无机复合膜包括有机基体和无机填料，所述有机基体为热塑性树脂和热固性树脂中的至少一种，所述无机填料是介电陶瓷材料，当所述高储能密度电介质材料的叠层中出现有机-无机复合膜与有机-无机复合膜相邻叠加时，相邻叠加的两层有机-无机复合膜的材质不同，所述有机-无机复合膜中无机填料质量分数为50％～70％；有机基体的质量分数为30％～50％，所述的无机填料为一维填料、二维填料和颗粒粉体填料，所述的一维填料的直径为20nm～1000nm，长度为100nm～100μm，长径比为10:1～2000:1，所述的二维填料的长度为50nm～10μm，宽度为50nm～10μm，厚度为10nm～5μm，所述的颗粒粉体填料的形状为球形或类球形，其平均粒径为10nm～3μm；
所述的一维填料选自钛酸锶纳米线、钛酸锶钡纳米线、钛酸钙纳米线、钛酸钙钡纳米线、氧化锌纳米线、氧化铝纳米线中的至少一种；所述的二维填料选自氮化硼纳米片、石墨烯纳米片、TiO2纳米片中的至少一种；所述颗粒粉体填料选自纳米钛酸钡、钛酸锶钡、氧化锌、氧化铝、氧化锆中的至少一种；
所述有机基体选自环氧树脂、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的高储能密度电介质材料，其特征在于，所述高储能密度电介质材料的厚度为8μm～500μm，所述有机-无机复合膜的厚度为3μm～30μm；所述有机膜的厚度为2μm～20μm。
4.根据权利要求3所述的高储能密度电介质材料，其特征在于，所述有机膜选自聚酰亚胺膜、环氧树脂膜、聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜和丙烯酸树脂膜中的至少一种。
5.一种权利要求1至4任一项所述的高储能密度电介质材料的制备方法，其特征在于，包括：将各层膜层叠后，热压复合，并加热固化，得到所述高储能密度电介质材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
在两个基材上分别涂覆有机-无机复合浆料；以及
在其中一个基材上按照高储能密度电介质材料叠层要求依次涂覆有机-无机复合浆料和/或放置有机膜，再将另一基材以涂层在下的形式叠加，热压复合，并加热固化，得到所述高储能密度电介质材料。
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