[发明专利]一种柔性无机/有机高频磁电复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料及其制造领域，具体涉及一种柔性无机/有机高频磁电复合材料及其制备方法。本发明制备的高频磁电复合材料具有高介电常数、高磁导率、高截止频率和小损耗的情况下，能同时拥有良好的柔性。

背景技术

随着移动通信和消费电子等技术的迅速发展，尤其是近两年来WAPI、手持终端，射频IC卡等设备的迅速发展，硬件上对器件小型化、高速化的要求越来越迫切。高介电常数和高磁导率对器件的小型化作用很大，因此开发适用高频下的高介电常数和高磁导率的介质材料就日益迫切和重要起来。从目前广泛应用于高频领域的介质材料来看，很难找到既拥有较高介电常数和磁导率和小的高频损耗，又拥有一定柔性的材料。这种材料不但在军事上有潜在的应用，在民用领域也具有广阔的应用前景。因此开发和寻找具有较高的介电常数和磁导率、低的高频损耗较好的机械性能的介质材料已经成为全球范围内从事高频材料研究人员的共同研究目标。

磁电复合材料可以通过将高介电常数介质材料和高磁导率的磁性材料共烧的方法得到。浙江大学的杜丕一将镍锌铁氧体和钛酸钡在高温下进行共烧得到了一种磁电复合材料，这种复合材料的介电常数和磁导率很高，但是其损耗非常大。当镍锌铁氧体和钛酸钡的体积比各为50％时，在10kHz下，其介电常数和磁导率分别为20000，22，介电损耗和磁损耗分别为78％，5.5％。随着频率的升高，介电常数和磁导率显著降低。该复合材料的截止频率小于100MHz。以上研究表明，通过共烧的方法虽然能够得到高介电常数和高磁导率的复合材料，但是，由于介电材料对磁性材料的隔绝效果不好，导致损耗较大，截止频率较低。另外，两相共烧容易产生一些未知的化学反应的发生、收缩不匹配，烧结温度不匹配、扩散等缺陷，最终影响复合材料的性能。采用聚合物为基体制备的无机/有机磁电复合材料可以在一定程度上解决上述问题。同时，聚合物基磁电复合材料与印刷电路板(PWB)具有较好的相容性，且可以制成各种各样的形状。清华大学的南策文将Co2Z型铁氧体、金属镍和PVDF通过普通的热压法制备了一种磁电复合材料。当Co2Z型铁氧体、金属镍和PVDF的体积含量分别为40％，1％，59％时，在10MHz下介电常数、磁导率、介电损耗、磁损耗分别为38，3，17％，8.3％。截止频率大约100MHz。而且该复合材料的柔性非常有限。

综上所述，具有一定柔性的高介电常数、高磁导率、高截止频率和小损耗的高频磁电复合材料在国内外尚处于空白。

发明内容

针对上述背景技术中存在的缺陷或不足，本发明的一个目的是提供一种高介电常数、高磁导率、高截止频率和小损耗，且拥有良好的柔性的无机/有机高频磁电复合材料及其制备方法。该柔性无机/有机高频磁电复合材料具有高介电常数、高磁导率、高截止频率和小损耗，且拥有良好的柔性，这种材料具有以下特点：加工温度低(＜200℃)，相对介电常数和磁导率(μ_r＝1.3～3.8)调节范围宽(ε_r＝4.5～12)，介质损耗小(100MHz时的tanδ＜1×10^-2)，拉伸率大(90％～700％)。

本发明第二个目的是提供上述高频复合材料的制备方法。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案得以实现：

弹性体：100份，高频介电陶瓷粉末：5～100份，高频磁性陶瓷粉末：5～100份，表面偶联剂：1～2份，丙烯酸：2～5份，有机溶剂：50～200份；其中：所述的弹性体为茂金属催化的乙烯-辛烯共聚物，密度为0.863～0.915g/cm³；高频介电陶瓷粉末为钛酸盐基介质陶瓷或铋基焦绿石微波介质陶瓷；高频磁性陶瓷粉末为镍锌铁氧体；所述的高频介电陶瓷粉末和高频磁性陶瓷粉末的平均粒径为100nm～5um；有机溶剂为无水乙醇或石油醚，表面偶联剂为油酸、硅烷、钛酸酯或铝酸酯。

上述柔性无机/有机高频磁电复合材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

(1)陶瓷粉末的表面处理

将平均粒径为100nm～5um的高频介电陶瓷粉末和高频磁性陶瓷粉末按体积比各取100份，于110℃下干燥24小时，然后将干燥后的高频介电陶瓷粉末和高频磁性陶瓷粉末各溶入体积比为100份的有机溶剂中，有机溶剂中加入有1～5份体积比的丙烯酸，超声处理10小时，使陶瓷粉末表面被丙烯酸处理；

(2)陶瓷粉末的表面改性