陶瓷基高储能密度电介质复合材料关键问题研究

本项目主要研究用氧化铝等电介质和无机或有机电解质复合包覆钛酸钡粉体然后再与热塑性聚合物通过低温热压致密化方法制备以陶瓷为主体的复合材料的技术，研究此种复合材料在强电场作用下的极化与自修复过程。探索利用这种材料制备高抗电强度、高储能密度超级电容器的可行性。研究工作主要包括四方面：1.用无机或有机电解质，铝或氧化铝，以及PET等热塑性聚合物包覆钛酸钡粉体的技术和解团聚技术；2.在低于250C温度下用热压致密化方法制备钛酸钡陶瓷基复合材料的技术；3.在电解质的参与下包覆在钛酸钡粉体上的氧化铝层的极化与自修复过程和机理。4.探索用包覆钛酸钡粉体及丝网印刷、低温热压等厚膜工艺技术制备多层陶瓷超级电容器的可行性。由于放弃了传统陶瓷的高温烧结工艺，从而可以采用铝粉浆料通过丝网印刷作为电极。本项目同时也将研究与铝电极应用相关的问题和制备特点。

本项目主要研究氧化铝薄膜和无机或有机电解质多层复合膜的制备方法，研究此类复合材料的制备、结构与性能关系，研究材料的伏安特性、强场特性和电导非线性。我们按照计划任务书的要求认真组织了相应的研究工作，较好地完成了预定的研究任务，在此期间取得的主要进展为：.(1) 研究了从硝酸铝(Al(NO3)3•9H2O)，异丙醇铝（Al(OPr’)3等无机和有机前驱体出发，采用溶胶-凝胶等湿化学方法制备氧化铝电介质膜的技术路线、工艺参数，掌握了在硅、铝、石英玻璃等基片上制备均匀、致密，无裂纹氧化铝薄膜的技术，膜厚在50-500 nm范围内, 抗电强度可达300-500 V/μm，工艺重复性好；.(2) 研究和掌握了采用硼酸、磷酸、乙酸、硼酸钠和硼酸氨等电解质在铝片和铝膜上通过电化学方法制备致密和多孔氧化铝膜的技术和工艺，电化学法生成的致密氧化铝膜的抗电强度可达400-600 V/μm;.(3) 研究和掌握了从硝酸锰等无机前驱体出发，采用溶胶-凝胶等湿化学方法制备氧化锰等电解质膜的技术路线、工艺参数；.(4) 初步研究了电化学法制备的氧化铝与溶胶-凝胶法制备的氧化铝和氧化锰等电解质膜的复合技术，为下一步开展氧化铝膜的自愈和自修复现象提供了条件；.(5) 研究和测定了采用不同技术和工艺参数制备的氧化铝膜的I-V特性，电导非线性和极性。根据电介质电导数据分散性大的特点，对试验结果进行了统计分析，取得了一批较为可信的实验数据，为进一步研究氧化铝膜的制备工艺-结构-和电导性质提供了较为可靠的数据；.(6) 研究和考察了氧化铝膜及其电极体系在强电场下的破坏现象，观察到了多种不同形式的破坏方式，为提高复合氧化铝膜的抗电强度积累了宝贵的实验现象；. 总体来看，这一课题达到了立题时的要求，对采用湿化学方法制备的氧化铝膜的电导非线性、抗电强度和自修复问题取得了带有方向性的认识，为进一步的工作打下了较为坚实的基础。在这一课题的基础上，进一步的研究工作获得了2012年自然科学基金面上项目的支持(51272177)，实现了本项主任基金预定的目标。