CN114989469A - 一种具有高温储能性能的三层pei柔性复合薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有高温储能性能的三层PEI柔性复合薄膜及其制备方法，属于电子复合材料及纳米功能材料领域。采用溶液浇铸法制备三层复合薄膜。三层PEI柔性复合薄膜包括全有机上层1、高介电常数中间层2和全有机下层3，所述全有机上层1和全有机下层3均包括醇类化合物和聚合物基体，所述高介电常数中间层2为添加有无机纳米填料的极性层，所述聚合物基体为PEI。由此三层结构可以实现聚合物薄膜的高温储能性能的提升。其中，纯PEI薄膜在150℃时储能密度仅为1.81J/cm3，效率为48％，三层复合薄膜在150℃时储能密度达2.45‑3.12J/cm3，且效率高达90％。
Description
技术领域
本发明属于电子复合材料及纳米功能材料领域，更具体的说是涉及一种具有高温储能性能的三层PEI柔性复合薄膜及其制备方法。
背景技术
随着储能技术和电力电子工业的发展对电子器件存储、吸收和提供电力的要求日渐提高。目前，主要用于能量存储的设备主要是电池和电容器。通常来说，电池属于长期储能设备，电容器属于短期储能设备。电池可以提供长期稳定的能量供应，但其功率密度很低；而电容器通常具有高功率密度和低能量密度，故常被用来产生脉冲电压或电流。
聚合物电介质具有柔性、易加工、质量轻和高击穿强度等优势。聚醚酰亚胺(PEI)是一种杂芳香族聚合物，它是一种改性的聚酰亚胺(PI)，相对于PI具有更容易的加工性能。聚醚酰亚胺由于具有较高的玻璃转变温度(217℃)，极低的介电损耗，被认为是最有应用前景的高温电介质材料。但是PEI的介电常数较低，这限制了其在高温下获得高储能性能。因此，目前的研究通过添加无机填料来改善PEI的储能性能。现在大多数无机纳米填料主要是一维纳米颗粒，但其比表面积较小且长径比较低，需要添加较高含量才能提高介电常数，这样容易导致薄膜电导率和气孔率升高，击穿强度降低。
本发明通过对复合薄膜结构进行优化，实现复合薄膜高温储能性能的提升。我们利用溶液浇筑工艺，制备具有三层结构的复合薄膜。将含有无机纳米填料的复合薄膜作为中间极性层，将含有醇类化合物的全有机层作为上下层，用来提升复合薄膜的介电常数和击穿强度。制得的聚合物介电复合薄膜具有质量轻、柔性好、输出高等优点，可应用于柔性电子和智能穿戴等新兴领域。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种聚合物基三层柔性复合薄膜及其制备方法。采用流延法制备多层复合薄膜，涉及溶液浇铸工艺，使用二氧化硅、钛酸钡、钛酸锶钡、钛酸锶等无机颗粒作为填料的聚合物基体复合薄膜及其制备方法。该复合材料具有柔性好，易加工，质量轻的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明公开了一种具有高温储能性能的三层PEI柔性复合薄膜，包括：全有机上层、高介电常数中间层和全有机下层，所述全有机上层和全有机下层均包括醇类化合物和聚合物基体，所述高介电常数中间层为添加有无机纳米填料的极性层，所述聚合物基体为PEI；
其中，无机纳米填料的含量占高介电常数中间层的1wt％-10wt％；醇类化合物的含量为全有机上层或全有机下层的0.25wt％-1wt％；所述三层PEI柔性复合薄膜的总厚度为15-28μm。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述的无机纳米填料为钛酸钡纳米颗粒(BT纳米颗粒)、钛酸锶钡纳米颗粒和钛酸锶纳米颗粒中的一种或多种。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述的无机纳米填料直径为30-50nm。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，一种具有高温储能性能的三层PEI柔性复合薄膜的制造方法，包括以下步骤：
1)混合溶液的制备：
将醇类化合物加入到有机溶剂中进行混合，并使用超声机进行均匀分散，得均匀混合溶液A，超声机的超声功率为500-700W；
取固定质量的混合溶液A及聚合物基体于有机溶剂中，在50-70℃条件下搅拌5-7.5h，使其完全溶解，得混合溶液B；
取固定质量的无机纳米填料于在有机溶剂中，并使用超声机进行均匀分散，得均匀混合溶液C，超声机的超声功率为500-700W。
2)单层薄膜的制备：
取固定体积的上述步骤1)混合溶液B，滴加到干净的载玻片上，并调整刮刀高度使溶液均匀的铺满整个载玻片上，刮刀高度为150-250μm，然后转移至烘箱在65-75℃烘干0.8-1.2h，得到第一层薄膜；
3)双层薄膜的制备：
调整刮刀高度在150-250μm，取固定体积的上述步骤1)混合溶液C，均匀涂覆在步骤2)的第一层薄膜上，然后转移至烘箱在65-75℃烘干0.8-1.2h，得到双层薄膜；
4)三层薄膜的制备：
调整刮刀高度在150-250μm，取固定体积的上述步骤1)混合溶液B，均匀涂覆在步骤3)的双层薄膜上，然后转移至烘箱在65-75℃烘干0.8-1.2h，得到三层复合薄膜；
最后再将三层复合薄膜放置在鼓风干燥箱中，在200-220℃条件下烘干4-6h，彻底去除残留溶剂。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺中的一种或多种。
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述搅拌方式为磁力搅拌。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明的三层PEI柔性复合薄膜采用加入无机填料的极性层为高介电常数中间层，具有较高的介电常数；上下层为加入醇类化合物的全有机层，具有较高的击穿强度和温度稳定性。由此三层结构可以实现聚合物薄膜的高温储能性能的提升。所述无机填料为钛酸钡、钛酸锶钡、钛酸锶等纳米颗粒；所述醇类化合物是具有同分异构体低分子量醇类化合物中的一种或几种，如十二碳醇酯，香茅醇等。这种三层聚醚酰亚胺(PEI)复合薄膜在高温下具有较高储能性能，其中，纯PEI薄膜在150℃时储能密度仅为1.81J/cm3，效率为48％，三层复合薄膜在150℃时储能密度达2.45-3.12J/cm3，且效率高达90％。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的PEI基三层复合薄膜的扫描电子显微镜下的截面图；
图2是本发明三层PEI柔性复合薄膜的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的PEI基复合薄膜在室温的储能密度和效率。
图4是根据本发明实施例的PEI基复合薄膜在150℃下的储能密度和效率。
图中，1、全有机上层；2、高介电常数中间层；3、全有机下层。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，对本发明实施例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。
如图1-2所示，一种具有高温储能性能的三层PEI柔性复合薄膜，包括：全有机上层1、高介电常数中间层2和全有机下层3，所述全有机上层1和全有机下层3均包括醇类化合物和聚合物基体，所述高介电常数中间层2为添加有无机纳米填料的极性层，所述聚合物基体为PEI；
其中，无机纳米填料的含量占高介电常数中间层2的1wt％-10wt％；醇类化合物的含量为全有机上层1或全有机下层3的0.25wt％-1wt％；所述三层PEI柔性复合薄膜的总厚度为15-28μm。
对比例1
取2g PEI颗粒加入烧杯中，加入10mL NMP溶液，60℃磁力搅拌6h，使其完全溶解。取1.5mL溶液，滴加到载玻片上，调整刮刀高度至200μm，使溶液均匀涂覆在双层薄膜上，然后放入真空烘箱，70℃烘干1h。再将薄膜放入鼓风干燥箱，200℃烘干4-6h，除去残留溶剂，制得单层PEI薄膜。
对比例2
称取0.06g BT纳米颗粒加入烧杯中，加入9.4g NMP，超声分散1h形成均一的悬浮液，然后向其中加入2g PEI颗粒，60℃磁力搅拌6h，使其完全溶解。取1.5mL溶液，滴加到载玻片上，调整刮刀高度至200μm，使溶液均匀涂覆在载玻片上，然后放入真空烘箱，70℃烘干1h。再将薄膜放入鼓风干燥箱，200℃烘干4-6h，除去残留溶剂，制得单层PEI@BT复合薄膜。
对比例3
1.取2g PEI颗粒加入烧杯中，加入10mL NMP溶液，60℃磁力搅拌6h，使其完全溶解，记作溶液A。
2.称取0.06g BT纳米颗粒加入烧杯中，加入9.4g NMP，超声分散1h形成均一的悬浮液，然后向其中加入2g PEI颗粒，60℃磁力搅拌6h，使其完全溶解，记作溶液B。
3.取1.5mL溶液A，滴加到载玻片上，调整刮刀高度至200μm，使溶液均匀涂覆在载玻片上，然后放入真空烘箱，70℃烘干1h，得到第一层薄膜。
4.取1.5mL溶液B，滴加到第一层薄膜上，调整刮刀高度至200μm，使溶液均匀涂覆在第一层薄膜上，然后放入真空烘箱，70℃烘干1h，得到双层薄膜。
5.取1.5mL溶液A，滴加到双层薄膜上，调整刮刀高度至200μm，使溶液均匀涂覆在双层薄膜上，然后放入真空烘箱，70℃烘干1h，得到三层复合薄膜。再将三层复合薄膜放入鼓风干燥箱，200℃烘干4-6h，除去残留溶剂，得到三层PEI/PEI@BT/PEI复合薄膜。
实施例1
1.称取0.4g十二碳醇酯加入烧杯中，溶解在9.6g NMP中，即得溶液A。
2.取0.125g溶液A加入烧杯中，加入7.825g NMP，然后向其中加入2g PEI颗粒，60℃磁力搅拌6h，使其完全溶解，记作溶液B。
3.称取0.06g BT纳米颗粒加入烧杯中，加入9.4g NMP，超声分散1h形成均一的悬浮液，然后向其中加入2g PEI颗粒，60℃磁力搅拌6h，使其完全溶解，记作溶液C。
4.取1.5mL溶液B，滴加到载玻片上，调整刮刀高度至200μm，使溶液均匀涂覆在载玻片上，然后放入真空烘箱，70℃烘干1h，得到第一层薄膜。
5.取1.5mL溶液C，滴加到第一层薄膜上，调整刮刀高度至200μm，使溶液均匀涂覆在第一层薄膜上，然后放入真空烘箱，70℃烘干1h，得到双层薄膜。
6.取1.5mL溶液B，滴加到双层薄膜上，调整刮刀高度至200μm，使溶液均匀涂覆在双层薄膜上，然后放入真空烘箱，70℃烘干1h，得到三层复合薄膜。再将三层复合薄膜放入鼓风干燥箱，200-220℃烘干4-6h，除去残留溶剂，得到全有机上层1、全有机下层3均为0.25％十二碳醇酯掺杂，中间层为3vol％BT掺杂的三层PEI柔性复合薄膜。
实施例2
1.称取0.4g十二碳醇酯加入烧杯中，溶解在9.6g NMP中，即得溶液A。
2.取0.25g溶液A加入烧杯中，加入7.825g NMP，然后向其中加入2g PEI颗粒，60℃磁力搅拌6h，使其完全溶解，记作溶液B。
3.称取0.06g BT纳米颗粒加入烧杯中，加入9.4g NMP，超声分散1h形成均一的悬浮液，然后向其中加入2g PEI颗粒，60℃磁力搅拌6h，使其完全溶解，记作溶液C。
4.取1.5mL溶液B，滴加到载玻片上，调整刮刀高度至200μm，使溶液均匀涂覆在载玻片上，然后放入真空烘箱，70℃烘干1h，得到第一层薄膜。
5.取1.5mL溶液C，滴加到第一层薄膜上，调整刮刀高度至200μm，使溶液均匀涂覆在第一层薄膜上，然后放入真空烘箱，70℃烘干1h，得到双层薄膜。
6.取1.5mL溶液B，滴加到双层薄膜上，调整刮刀高度至200μm，使溶液均匀涂覆在双层薄膜上，然后放入真空烘箱，70℃烘干1h，得到三层复合薄膜。再将三层复合薄膜放入鼓风干燥箱，200-220℃烘干4-6h，除去残留溶剂。得到全有机上层1、全有机下层3均为0.5％十二碳醇酯掺杂，中间层为3vol％BT掺杂的三层PEI柔性复合薄膜。
所得三层复合薄膜截面扫描电镜图如附图1所示，三层复合薄膜具有明显的分层结构，可清晰观察到表面改性层和无机填料层。
性能测试
分别对上述样品表面蒸镀铜电极，电极直径约2mm，厚度0.5μm。然后对对比例1、2、3和实施例1、2制备得到的聚合物薄膜的铁电性能进行测定，并计算储能性能。
图3为对比例1、2、3和实施例1、2制备得到的聚合物薄膜的室温储能密度和储能效率图。由图3可知具有表面改性剂层和BTO填料中间层的三层复合薄膜的能量密度明显高于单层纯PEI薄膜、PEI/BTO复合薄膜和三层PEI/PEI@BT/PEI复合薄膜。
图4为对比例1和实施例2、3制备得到的聚合物薄膜在高温(150℃)储能密度和储能效率图，可知多层结构和适当醇类化合物和无机填料的引入可以显著提升聚合物薄膜的高温储能性能。
由于本实验所引入的醇类化合物具有同分异构体，同分异构体具有能级差，所以在高温作用下，会发生高能级向低能级转化，吸收热量，有利于提升高温稳定性。中间的无机填料层的加入，在一定程度上提高了薄膜的介电常数。三层结构使醇类化合物和无机填料的优势结合，最终实现复合薄膜性能的提升。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种具有高温储能性能的三层PEI柔性复合薄膜，其特征在于，所述三层PEI柔性复合薄膜包括全有机上层(1)、高介电常数中间层(2)和全有机下层(3)，所述全有机上层(1)和全有机下层(3)均包括醇类化合物和聚合物基体，所述高介电常数中间层(2)为添加有无机纳米填料的极性层，所述聚合物基体为PEI；
其中，无机纳米填料的含量占高介电常数中间层(2)的1wt％-10wt％；醇类化合物的含量为全有机上层(1)或全有机下层(3)的0.25wt％-1wt％；所述三层PEI柔性复合薄膜的总厚度为15-28um。
2.根据权利要求1所述的一种具有高温储能性能的三层PEI柔性复合薄膜，其特征在于，所述的无机纳米填料为钛酸钡纳米颗粒、钛酸锶钡纳米颗粒和钛酸锶纳米颗粒中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种具有高温储能性能的三层PEI柔性复合薄膜，其特征在于，所述的无机纳米填料直径为30-50nm。
4.根据权利要求1所述的一种具有高温储能性能的三层PEI柔性复合薄膜的制造方法，包括以下步骤：
1)混合溶液的制备：
将醇类化合物加入到有机溶剂中进行混合，并使用超声机进行均匀分散，得均匀混合溶液A，超声机的超声功率为500-700W；
取固定质量的混合溶液A及聚合物基体于有机溶剂中，在50-70℃条件下搅拌5-7.5h，使其完全溶解，得混合溶液B；
取固定质量的无机纳米填料于在有机溶剂中，并使用超声机进行均匀分散，得均匀混合溶液C，超声机的超声功率为500-700W。
2)单层薄膜的制备：
取固定体积的上述步骤1)混合溶液B，滴加到干净的载玻片上，并调整刮刀高度使溶液均匀的铺满整个载玻片上，刮刀高度为150-250μm，然后转移至烘箱在65-75℃烘干0.8-1.2h，得到第一层薄膜；
3)双层薄膜的制备：
调整刮刀高度在150-250um，取固定体积的上述步骤1)混合溶液C，均匀涂覆在步骤2)的第一层薄膜上，然后转移至烘箱在65-75℃烘干0.8-1.2h，得到双层薄膜；
4)三层薄膜的制备：
调整刮刀高度在150-250um，取固定体积的上述步骤1)混合溶液B，均匀涂覆在步骤3)的双层薄膜上，然后转移至烘箱在65-75℃烘干0.8-1.2h，得到三层复合薄膜；
最后再将三层复合薄膜放置在鼓风干燥箱中，在200-220℃条件下烘干4-6h，彻底去除残留溶剂。
5.根据权利要求4所述的一种具有高温储能性能的三层PEI柔性复合薄膜的制造方法，其特征在于，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的一种具有高温储能性能的三层PEI柔性复合薄膜的制造方法，其特征在于，所述搅拌方式为磁力搅拌。
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Citations (8)
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|---|---|---|---|---|
| US20070232734A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-04 | Karthikeyan Kanakarajan | Polyimide based compositions useful in high frequency circuitry applications and methods relating thereto |
| CN106397798A (zh) * | 2016-09-07 | 2017-02-15 | 哈尔滨理工大学 | 一种改性BaTiO3/PI介电储能三层结构复合薄膜及制备方法 |
| CN108530806A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-09-14 | 北京科技大学 | 具有高输出的双层结构柔性压电薄膜及其制备和应用方法 |
| CN110556247A (zh) * | 2019-09-11 | 2019-12-10 | 邯郸学院 | 一种三明治结构高储能低电导率聚合物基复合薄膜制备方法 |
| CN110862683A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-03-06 | 华中科技大学 | 一种高储能密度介电复合多层薄膜及其制备方法 |
| CN110948981A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-03 | 陕西科技大学 | 一种三明治结构的pvdf高储能密度复合薄膜材料及其制备方法 |
| CN112280297A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-29 | 中国海洋大学 | 一种钛酸钡/聚醚酰亚胺介电复合材料及其制备方法 |
| CN112622383A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-04-09 | 中国海洋大学 | 一种非对称三层结构全聚合物介电复合材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-05-19 CN CN202210554187.4A patent/CN114989469A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070232734A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-04 | Karthikeyan Kanakarajan | Polyimide based compositions useful in high frequency circuitry applications and methods relating thereto |
| CN106397798A (zh) * | 2016-09-07 | 2017-02-15 | 哈尔滨理工大学 | 一种改性BaTiO3/PI介电储能三层结构复合薄膜及制备方法 |
| CN108530806A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-09-14 | 北京科技大学 | 具有高输出的双层结构柔性压电薄膜及其制备和应用方法 |
| CN110556247A (zh) * | 2019-09-11 | 2019-12-10 | 邯郸学院 | 一种三明治结构高储能低电导率聚合物基复合薄膜制备方法 |
| CN110948981A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-03 | 陕西科技大学 | 一种三明治结构的pvdf高储能密度复合薄膜材料及其制备方法 |
| CN110862683A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-03-06 | 华中科技大学 | 一种高储能密度介电复合多层薄膜及其制备方法 |
| CN112280297A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-29 | 中国海洋大学 | 一种钛酸钡/聚醚酰亚胺介电复合材料及其制备方法 |
| CN112622383A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-04-09 | 中国海洋大学 | 一种非对称三层结构全聚合物介电复合材料及其制备方法 |
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