CN113480815B - 一种聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法和应用，属于储能材料技术领域，包括如下步骤：将聚甲基丙烯酸甲酯溶胶A和聚偏氟乙烯溶胶B混合得到共混溶胶；涂膜后进行成膜处理，得到聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料。本发明采用聚甲基丙烯酸甲酯改性聚偏氟乙烯，大大降低了PVDF的介电损耗和剩余极化，提高了复合材料的击穿场强和最大电位移，综合提高了复合材料的储能特性。实施例的结果显示，本发明制备的复合材料的击穿场强达到850MV/m，释放能量密度达到27.64J/cm3，储能效率＞70％，介电损耗低至0.03，剩余极化＜1.6μC/cm2，最大电位移达到9.05μC/cm2。
Description
技术领域
本发明涉及储能材料技术领域，尤其涉及一种聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
静电储能薄膜电容器具有超高功率密度、快速能量传输速度、长时充放电循环寿命等优点，被广泛应用在现代电子和电气领域，例如作为混合动力电动汽车、光伏系统、风力发电机、绝缘栅双极型晶体管等。
目前，常用的静电储能薄膜电容器研究用聚合物介质为聚偏氟乙烯，但是纯聚偏氟乙烯的储能性能较差，为了提高其储能性能，常将其与其他无机材料进行复合，如Yao等人合成核壳结构的BaTiO3@TiO2，与P(VDF-HFP)复合成复合材料，在340mV/m电场强度下获得12.2J/cm3的释放能量密度；Zhang等人用BZCT@SiO2纳米纤维改性PVDF，复合材料在576mV/m电场强度下获得18.9J/cm3的释放能量密度和53％的储能效率；但是此种方法改性的复合材料的储能效率及能量密度仍然较低。
因此，如何进一步提高PVDF复合材料的储能性能成为现有技术的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法和应用。本发明制备方法制备的聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料具有优异的储能性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚甲基丙烯酸甲酯和有机溶剂混合，得到溶胶A；
(2)将聚偏氟乙烯和有机溶剂混合，得到溶胶B；
(3)将所述步骤(2)得到的溶胶B与所述步骤(1)得到的溶胶A混合，得到共混溶胶；
(4)将所述步骤(3)得到的共混溶胶涂膜后进行成膜处理，得到聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料；
所述步骤(1)和(2)没有先后顺序。
优选地，所述步骤(1)中聚甲基丙烯酸甲酯的质量和有机溶剂的体积比为1g:(6～8)mL。
优选地，所述步骤(2)中聚偏氟乙烯的质量和有机溶剂的体积比为1g:(4～6)mL。
优选地，所述步骤(3)共混溶胶中聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏氟乙烯的质量比为1:(1～19)。
优选地，所述步骤(4)中涂膜的速度为30～60cm/min。
优选地，所述步骤(4)中成膜处理包括低温干燥成膜或高温淬火干燥成膜。
优选地，所述低温干燥成膜的温度为100～110℃，所述低温干燥成膜的时间为4～8h。
优选地，所述高温淬火干燥成膜时，高温处理的温度为175～185℃，高温处理的时间为8～15min。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备的聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料。
本发明还提供了上述技术方案所述聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料在储能材料领域的应用。
本发明提供了一种聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：将聚甲基丙烯酸甲酯和有机溶剂混合，得到溶胶A；将聚偏氟乙烯和有机溶剂混合，得到溶胶B；将得到的溶胶B与溶胶A混合，得到共混溶胶；将得到的共混溶胶涂膜后进行成膜处理，得到聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料。本发明采用聚甲基丙烯酸甲酯改性聚偏氟乙烯，将两者分别与有机溶剂混合后再进行共混，使得两者能够充分、均匀的混合，降低复合材料的介电损耗和剩余极化，显著改善了复合材料的绝缘性能，从而提高了复合材料的击穿场强和最大电位移，综合提高了复合材料的储能特性。实施例的结果显示，本发明制备的复合材料的击穿场强达到850MV/m，释放能量密度达到27.64J/cm3，储能效率＞70％，介电损耗低至0.03，剩余极化＜1.6μC/cm2，最大电位移达到9.05μC/cm2。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的复合材料的释放能量密度图；
图2为本发明实施例1制备的复合材料的储能效率图；
图3为本发明实施例1制备的复合材料的击穿场强图；
图4为本发明实施例1制备的复合材料的介电损耗图；
图5为本发明实施例1制备的复合材料的剩余极化图；
图6为本发明实施例1制备的复合材料的最大电位移图；
图7为本发明实施例1制备的复合材料的XRD图；
图8为本发明实施例2制备的复合材料的XRD图；
图9为本发明实施例2制备的复合材料的介电损耗图；
图10为本发明实施例2制备的复合材料的最大电位移图；
图11为本发明实施例2制备的复合材料的剩余极化图；
图12为本发明实施例2制备的复合材料的击穿场强图；
图13为本发明实施例2制备的复合材料的释放能量密度图；
图14为本发明实施例2制备的复合材料的储能效率图；
图15为本发明对比例1制备的材料的XRD图；
图16为本发明对比例1制备的材料的介电损耗图；
图17为本发明对比例1制备的材料的最大电位移图；
图18为本发明对比例1制备的材料的剩余极化图；
图19为本发明对比例1制备的材料的击穿场强图；
图20为本发明对比例1制备的材料的释放能量密度图；
图21为本发明对比例1制备的材料的储能效率图。
具体实施方式
本发明提供了一种聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚甲基丙烯酸甲酯和有机溶剂混合，得到溶胶A；
(2)将聚偏氟乙烯和有机溶剂混合，得到溶胶B；
(3)将所述步骤(2)得到的溶胶B与所述步骤(1)得到的溶胶A混合，得到共混溶胶；
(4)将所述步骤(3)得到的共混溶胶涂膜后进行成膜处理，得到聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料；
所述步骤(1)和(2)没有先后顺序。
本发明将聚甲基丙烯酸甲酯和有机溶剂混合，得到溶胶A。
在本发明中，所述有机溶剂优选包括N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺。
在本发明中，所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量和有机溶剂的体积比优选为1g:(6～8)mL，更优选为1g:(6.5～7.5)mL，最优选为1g:7mL。本发明将聚甲基丙烯酸甲酯的质量和有机溶剂的体积比限定在上述范围内，能够使聚甲基丙烯酸甲酯溶解的更加充分。
本发明对所述聚甲基丙烯酸甲酯和有机溶剂的混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的物料混合的技术方案即可。在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行；所述搅拌优选为磁力搅拌；所述搅拌的速率优选为500～1500rpm，更优选为1000rpm；所述搅拌的时间优选为2～3h；所述搅拌的温度优选为20～40℃，更优选为30℃。本发明将搅拌的速率、温度和时间限定在上述范围内，能够使聚甲基丙烯酸甲酯溶解的更加充分。
本发明将聚偏氟乙烯和有机溶剂混合，得到溶胶B。
在本发明中，所述聚偏氟乙烯的分子量优选为500000～700000，更优选为550000～650000，最优选为600000。本发明将聚偏氟乙烯的分子量限定在上述范围内，能够使其具有较为适宜的粘度，有利于后续涂膜。
在本发明中，所述有机溶剂优选包括N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺。
在本发明中，所述聚偏氟乙烯的质量和有机溶剂的体积比优选为1g:(4～6)mL，更优选为1g:(4.5～5.5)mL，最优选为1g:5mL。本发明将聚偏氟乙烯的质量和有机溶剂的体积比限定在上述范围内，能够使聚偏氟乙烯溶解的更加充分。
在本发明中，所述聚偏氟乙烯和有机溶剂的混合方式优选为：将聚偏氟乙烯加入溶剂中。在本发明中，所述聚偏氟乙烯的加入速率优选为0.025～0.05g/min。在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行；所述搅拌优选为磁力搅拌；所述搅拌的速率优选为500～1500rpm，更优选为1000rpm；所述搅拌的时间优选为1～2h；所述搅拌的温度优选为20～30℃。本发明将搅拌的速率、温度和时间限定在上述范围内，能够使聚偏氟乙烯溶解的更加充分。
得到溶胶A和溶胶B后，本发明将所述溶胶B与溶胶A混合，得到共混溶胶。
在本发明中，所述共混溶胶中聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏氟乙烯的质量比优选为1:(1～19)，进一步优选为1:(1～15)，更优选为1:(1～10)，最优选为1:(1～5)。本发明将共混溶胶中聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏氟乙烯的质量比限定在上述范围内，能够调节复合材料中两者的形貌，避免聚甲基丙烯酸甲酯在复合材料中形成大面积连续形貌和过度降低复合材料的介电常数，从而提高复合材料的储能性能。
在本发明中，所述溶胶B与溶胶A的混合方式优选为：将溶胶B加入溶胶A中搅拌后静置。在本发明中，所述溶胶B的加入速率优选为0.4～0.6mL/min，更优选为0.5mL/min。在本发明中，所述搅拌优选为磁力搅拌；所述搅拌的速率优选为500～1500rpm，更优选为1000rpm；所述搅拌的时间优选为6～8h，更优选为7h；所述搅拌的温度优选为20～30℃。在本发明中，所述静置的时间优选为10～14h，更优选为12h。采用本发明的混合方式能够使两者混合的更加均匀，避免在混合过程中出现团聚，从而增加搅拌时间，造成聚偏氟乙烯晶体析出，无法涂膜。
溶胶B与溶胶A的混合完成后，本发明优选将所述混合的产物进行除泡处理，得到共混溶胶。在本发明中，所述除泡处理优选为真空除泡；所述真空除泡的真空度优选为0.5～1MPa，更优选为0.7～0.8MPa；所述真空除泡的时间优选为0.5～1.5h，更优选为1h。本发明将真空除泡的真空度和时间限定在上述范围内，能够使共混溶胶中的气泡较为完全的排出，避免干燥后复合材料中出现小孔，降低复合材料的性能。
得到共混溶胶后，本发明将所述共混溶胶涂膜后进行成膜处理，得到聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料。
在本发明中，所述涂膜优选为流延法涂膜。在本发明中，所述流延优选在玻璃板上进行。在本发明中，所述涂膜优选在涂布机上进行。在本发明中，所述涂膜的速度优选为30～60cm/min，更优选为40～50cm/min。在本发明中，所述涂膜后膜的厚度优选为15～30μm，更优选为20～25μm。本发明将涂膜的速度限定在上述范围内，能够使膜更加平整，厚度更加均匀。
在本发明中，所述成膜处理优选包括低温干燥成膜或高温淬火干燥成膜。
在本发明中，所述低温干燥成膜的温度优选为100～110℃，更优选为105℃；所述低温干燥成膜的时间优选为4～8h，更优选为5～7h，最优选为6h。本发明将低温干燥成膜的温度和时间限定在上述范围内，能够使溶剂充分挥发，并且使聚甲基丙烯酸甲酯形成熔融态不连续的特定形貌，避免复合材料内造成团聚或孔洞等缺陷形貌，有利于降低复合材料的介电损耗，提高其绝缘和储能特性。
本发明优选在所述高温淬火干燥成膜前进行预干燥。在本发明中，所述预干燥的温度优选为60～85℃，更优选为70℃；所述预干燥的时间优选为5～15min，更优选为10min。
在本发明中，所述高温淬火干燥成膜时，高温处理的温度优选为175～185℃，更优选为180℃；高温处理的时间优选为8～15min，更优选为9～13min，最优选为10～11min。本发明将高温淬火干燥成膜时高温处理的温度和时间限定在上述范围内，能够使得聚偏氟乙烯形成熔融态，有利于大分子链的运动，且大分子链的运动处于稳定运动范围内，同时溶剂能够较为完全的挥发。
高温处理完成后，本发明将所述高温处理后的产物进行淬火后干燥，得到聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料。
本发明优选将所述高温处理后的产物置于冰水混合物中进行淬火。在本发明中，所述冰水混合物的温度优选为0℃；所述淬火的时间优选为3～8min，更优选为4～7min，最优选为5～6min。本发明将淬火的温度和时间限定在上述范围内，能够冻结聚偏氟乙烯分子链运动而定型，从而改变聚偏氟乙烯的晶型结构，提高复合材料的性能。在本发明中，所述淬火优选在高温处理完成后迅速进行。
在本发明中，所述干燥的温度优选为75～85℃，更优选为80℃；所述干燥的时间优选为4～8h，更优选为5～6h。本发明将干燥的温度和时间限定在上述范围内，能够使水分充分挥发。
本发明采用聚甲基丙烯酸甲酯改性聚偏氟乙烯，控制各组分的用量、混合顺序、反应温度和时间等工艺参数，提高了复合材料的击穿场强和最大电位移，综合提高了复合材料的储能特性。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备的聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料。
本发明提供的复合材料具有优异的储能性能。
本发明还提供了上述技术方案所述聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料在储能材料领域的应用。
本发明对所述聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料在储能材料领域的应用的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的复合材料在储能材料领域的应用的技术方案即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)将聚甲基丙烯酸甲酯颗粒添加到N，N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌使聚甲基丙烯酸甲酯完全溶解，得到溶胶A，其中聚甲基丙烯酸甲酯的质量和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1g:6.7mL，搅拌速率为950rpm，搅拌时间为2.5h，搅拌温度为30℃；
(2)将聚偏氟乙烯粉末添加到N，N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌使聚偏氟乙烯完全溶解，得到溶胶B，其中，聚偏氟乙烯的质量和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1g:5mL，搅拌速率为950rpm，搅拌时间为1h，搅拌温度为25℃，聚偏氟乙烯的加入速率为0.03g/min；
(3)将溶胶B加入溶胶A中，在搅拌速率为950rpm条件下磁力搅拌7h，静置12h，得到共混溶胶，其中，溶胶B的加入速率为0.5mL/min，共混溶胶中聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏氟乙烯的质量比为1:2；
(4)将共混溶胶置于真空烘箱中真空处理1h，真空度为0.8MPa，然后将共混溶胶倒在洁净的玻璃板上，在涂布机上流延法涂膜，涂膜速度为40cm/min，膜厚为20μm，得到前驱体膜；
(5)将前驱体膜置于烘箱中，在105℃干燥6h，得到聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料，记为1PMMA+2PVDF-105。
测试实施例1制备的复合材料的释放能量密度，结果如图1所示。从图1中可以看出，复合材料在最大电场强度为830MV/m下，最大释放能量密度达到27.64J/cm3，与纯聚偏氟乙烯材料的释放能量密度相比提高了10.97倍。
测试实施例1制备的复合材料的储能效率，结果如图2所示。从图2中可以看出，复合材料具有较高的储能效率，尤其在低电场强度范围内(0～400MV/m)，储能效率高于90％(平均为93％)，与纯聚偏氟乙烯材料的平均储能效率相比提高了59.1％，在高电场强度范围内(400～830MV/m)，储能效率高于70％(平均为73％)，在最大电场强度830MV/m时，复合材料仍具有约70％的高储能效率。
测试实施例1制备的复合材料的击穿场强，结果如图3所示。从图3中可以看出，复合材料的最大击穿场强为850MV/m，通过威布尔分布模型来拟合复合材料的击穿场强数值，复合材料的击穿场强拟合值为763MV/m，仍具有非常高的击穿场强特性，与纯聚偏氟乙烯材料的击穿场强拟合值相比提高了1.32倍。
测试实施例1制备的复合材料的介电损耗，结果如图4所示。从图4中可以看出，在100Hz频率下，复合材料的介电损耗最低，为0.03，在5.2×106Hz频率时，复合材料的介电损耗也仅为0.08。
测试实施例1制备的复合材料的剩余极化，结果如图5所示。从图5中可以看出，在0～300MV/m电场强度范围内，复合材料的剩余极化为0.01～0.07μC/cm2，在低于700MV/m电场强度下，剩余极化仍低于1.0μC/cm2，在最大电场强度为830MV/m时，其剩余极化值最大，也仅为1.59μC/cm2。
测试实施例1制备的复合材料的最大电位移，结果如图6所示。从图6中可以看出，在830MV/m最大电场强度下，复合材料具有非常高的最大电位移为9.05μC/cm2。
测试实施例1制备的复合材料的XRD图，结果如图7所示。从图7中可以看出，衍射角范围在14.3°～17.7°为聚甲基丙烯酸甲酯的无定形特征峰，类似于馒头状，而在18.4°和20.2°附近出现聚偏氟乙烯的尖锐的特征衍射峰，说明复合材料具有聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏氟乙烯两相结构组成。
实施例2
(1)将聚甲基丙烯酸甲酯颗粒添加到N，N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌使聚甲基丙烯酸甲酯完全溶解，得到溶胶A，其中聚甲基丙烯酸甲酯的质量和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1g:6.7mL，搅拌速率为950rpm，搅拌时间为2.5h，搅拌温度为30℃；
(2)将聚偏氟乙烯粉末添加到N，N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌使聚偏氟乙烯完全溶解，得到溶胶B，其中，聚偏氟乙烯的质量和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1g:5mL，搅拌速率为950rpm，搅拌时间为1h，搅拌温度为25℃，聚偏氟乙烯的加入速率为0.03g/min；
(3)将溶胶B加入溶胶A中，在搅拌速率为950rpm条件下磁力搅拌7h，静置12h，得到共混溶胶，其中，溶胶B的加入速率为0.5mL/min，共混溶胶中聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏氟乙烯的质量比为1:2；
(4)将共混溶胶置于真空烘箱中真空处理1h，真空度为0.8MPa，然后将共混溶胶倒在洁净的玻璃板上，在涂布机上流延法涂膜，涂膜速度为40cm/min，膜厚为20μm，得到前驱体膜；
(5)将前驱体膜置于烘箱中，在80℃预干燥10min，然后在180℃高温处理10min，迅速置于冰水混合物中进行淬火处理，冰水混合物的温度恒定在0℃，淬火时间5min，然后在80℃干燥6h，得到聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料，记为1PMMA+2PVDF-180。
测试实施例2制备的复合材料的XRD图，结果如图8所示。从图8中可以看出，衍射角范围在14.3°～17.7°内的聚甲基丙烯酸甲酯的无定形馒头状特征峰减弱甚至消失；在18.4°衍射角处的α晶型聚偏氟乙烯特征衍射峰强度明显加强，并且，在20.1°衍射角处的γ晶型聚偏氟乙烯特征衍射峰消失，而在19.9°衍射角处出现了明显的α晶型聚偏氟乙烯特征衍射峰，另外，在26.8°衍射角附近出现了明显的γ晶型聚偏氟乙烯特征衍射峰；由此表明，高温淬火干燥处理促使聚偏氟乙烯的非极性γ晶型向非极性α晶型转变和非极性γ晶型聚偏氟乙烯的产生；同时也说明复合材料具有聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏氟乙烯两相结构组成。
测试实施例2制备的复合材料的介电损耗，结果如图9所示。从图9中可以看出，在104Hz频率下，复合材料的介电损耗最低，为0.04，在5.3×106Hz频率时，复合材料的介电损耗也仅为0.1；实施例2制备的复合材料具有比纯聚偏氟乙烯材料明显减小而比实施例1制备的复合材料略大的介电损耗特性。
测试实施例2制备的复合材料的最大电位移，结果如图10所示。从图10中可以看出，复合材料的最大电位移随着最大电场强度的增加而线性增大，在810MV/m最大电场强度下，复合材料的最大电位移为8.52μC/cm2。
测试实施例2制备的复合材料的剩余极化，结果如图11所示。从图11中可以看出，复合材料的剩余极化随着最大电场强度的增加呈类似指数增大，即使在810MV/m的最大电场强度下，复合材料也具有非常低的剩余极化为1.36μC/cm2。
测试实施例2制备的复合材料的击穿场强，结果如图12所示。从图12中可以看出，复合材料的击穿场强分布在610～810MV/m范围内，最大击穿场强为810MV/m，通过威布尔分布模型拟合复合材料的击穿场强，其击穿场强拟合值为743MV/m，表现出超高的击穿场强特性。
测试实施例2制备的复合材料的释放能量密度，结果如图13所示。从图13中可以看出，复合材料在最大电场强度为810MV/m时，最大释放能量密度为24.8J/cm3。
测试实施例2制备的复合材料的储能效率，结果如图14所示。从图14中可以看出，复合材料具有较高的储能效率，尤其在低电场强度范围内(0～300MV/m)，储能效率≥90％，在高电场强度范围内(300～750MV/m)，储能效率≥70％，在最大电场强度810MV/m时，复合材料仍具有约66％的高储能效率。
对比例1
(1)将聚偏氟乙烯粉末添加到N，N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌使聚偏氟乙烯完全溶解，静置12h，得到溶胶B，其中，聚偏氟乙烯的质量和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1g:5mL，搅拌速率为950rpm，搅拌时间为8h，搅拌温度为25℃，聚偏氟乙烯的加入速率为0.03g/min；
(2)将溶胶B置于真空烘箱中真空处理1h，真空度为0.8MPa，然后将共混溶胶倒在洁净的玻璃板上，在涂布机上流延法涂膜，涂膜速度为40cm/min，膜厚为20μm，得到前驱体膜；
(3)将前驱体膜置于烘箱中，在80℃干燥6h，得到聚偏氟乙烯材料，记为PVDF。
测试对比例1制备的材料的XRD图，结果如图15所示。从图15中可以看出，在衍射角分别为18.4°和20.1°附近出现了聚偏氟乙烯的尖锐的特征衍射峰，分别对应聚偏氟乙烯的α和γ相结构，表明材料为混合晶型的纯相结构。
测试对比例1制备的材料的介电损耗，结果如图16所示。从图16中可以看出，纯聚偏氟乙烯材料的介电损耗较高，尤其在低频范围100～102Hz和高频范围105～107Hz内，介电损耗最大值分别为0.15和0.18，而在同频范围内，实施例1制备的复合材料的介电损耗最大值分别为0.03和0.08，相比纯聚偏氟乙烯材料，其介电损耗在低频范围和高频范围内分别减小了80％和56％。
测试对比例1制备的材料的最大电位移，结果如图17所示。从图17中可以看出，对比例1制备的材料仅在250MV/m电场强度时具有最大电位移为3.39μC/cm2。
测试对比例1制备的材料的剩余极化，结果如图18所示。从图18中可以看出，纯聚偏氟乙烯材料在100～250MV/m最大电场强度范围内，其剩余极化较大，为0.06～1.16μC/cm2，且在250MV/m最大电场强度时达到最大剩余极化1.16μC/cm2。
测试对比例1制备的材料的击穿场强，结果如图19所示。从图19中可以看出，纯聚偏氟乙烯材料的击穿场强范围为250.28～350.15MV/m，最大击穿场强为350.15MV/m，通过威布尔分布模型拟合纯聚偏氟乙烯材料的击穿场强数值为328.9MV/m，击穿场强较低。
测试对比例1制备的材料的释放能量密度，结果如图20所示。从图20中可以看出，纯聚偏氟乙烯材料在最大电场强度为250.28MV/m时，释放能量密度为2.31J/cm3。
测试对比例1制备的材料的储能效率，结果如图21所示。从图21中可以看出，纯聚偏氟乙烯材料的储能效率为46.4～79.2％，平均储能效率为58.5％，在最大电场强度为250.28MV/m时，储能效率为46.4％，而最大电场强度为200.34MV/m时，具有最小的储能效率46％，在最大电场强度为50.37MV/m时，具有最大的储能效率79.2％，其储能效率较低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚甲基丙烯酸甲酯和有机溶剂混合，得到溶胶A；
(2)将聚偏氟乙烯和有机溶剂混合，得到溶胶B；
(3)将所述步骤(2)得到的溶胶B与所述步骤(1)得到的溶胶A混合，得到共混溶胶；
(4)将所述步骤(3)得到的共混溶胶涂膜后进行成膜处理，得到聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料；
所述步骤(1)和(2)没有先后顺序；
所述步骤(3)共混溶胶中聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏氟乙烯的质量比为1:2；
所述步骤(4)中成膜处理包括低温干燥成膜或高温淬火干燥成膜；
所述低温干燥成膜的温度为105℃，所述低温干燥成膜的时间为6h；
所述高温淬火干燥成膜时，高温处理的温度为180℃，高温处理的时间为10min。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚甲基丙烯酸甲酯的质量和有机溶剂的体积比为1g:(6～8)mL。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中聚偏氟乙烯的质量和有机溶剂的体积比为1g:(4～6)mL。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中涂膜的速度为30～60cm/min。
5.权利要求1～4任意一项所述制备方法制备的聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料。
6.权利要求5所述聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏氟乙烯复合材料在储能材料领域的应用。
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