[发明专利]一种微纳共填充高介电常数柔性复合薄膜的制备

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种高介电常数聚合物基微纳米粒度陶瓷填料共填复合材料的制备方法。

背景技术

随着信息、电子和电力工业的快速发展，以低成本生产具有高介电常数和低介电损耗的聚合物基复合材料成为行业关注的热点。将具有电学性能的陶瓷和聚合物复合，所得材料可以克服陶瓷材料自身的脆性和聚合物材料的温度限制，可以成倍提高复合材料的某些电性能。

目前，国内外普遍填充于聚合物中的无机粒子粉体多为纳米粒度或微米粒度的单一粒度的陶瓷粉体。使用纳米粒度的陶瓷粉体可以有效的降低复合材料的厚度并提高其与聚合物基体的界面相容性，但由于纳米粒度陶瓷粉体与微粒粒度陶瓷粉体的晶型差异，纳米尺度陶瓷粉体本身的介电常数很低，所以使用单一纳米粒度的陶瓷粉体填充的复合材料很难达到很高的介电常数。例如日本的Y.Kobayashi等人采用流延法，以聚氮甲基二吡咯烷酮作溶剂，制得填充陶瓷微粒的平均尺寸为27纳米的钛酸钡/聚偏氟乙烯复合薄膜。在钛酸钡粉体体积分数达30％时，介电常数仅为15(Y.Kobayashi，T.Tanase，T.Tabata，B.Miwa，M.Konno[J].Journal ofthe European Ceramic Society，2008，28，117-122.)。加大纳米粒子的填充体积分数或填入大粒径的陶瓷粉体可以提高复合材料的介电常数，但同时也降低了复合材料的力学性能和耐击穿性能。将微粒粒径和纳米粒径的陶瓷微粒同时填入聚合物中，在一定的体积分数之上，把纳米粒径的粒子能有效的填充在大粒子之间的空隙。与单一粒径微粒填充的方式相比，微纳共填充可以使陶瓷粒子相同的填充体积分数下，以更紧密的堆积方式均匀分布于聚合物基体中，从而有效的提高粒子的填充量并达到提高介电常数的目的。并且由于该微纳共填充高介电常数柔性复合薄膜的介电常数可以根据微米粒径陶瓷粉体和纳米粒径陶瓷粉体的体积比改变而改变，并在纳米陶瓷粉体的体积恰好可以完全填入微米粒径陶瓷粉体的空隙时达到最高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种制备工艺简单，能耗低，成本低廉，污染少的高介电常数聚合物基复合材料的制备方法。

本发明所提供的一种微纳共填充高介电常数柔性复合薄膜的制备，包括以下步骤：

将粒度为微米级尺寸(0.5-1.1微米)的钛酸钡粉体和粒度为纳米级尺寸(小于等于100纳米)的钛酸钡粉体一起加入溶剂N，N-二甲基乙酰胺中超声分散30～40分钟后加入粒度为0.1-0.2微米的聚偏氟乙烯粉体，在40～50℃下搅拌1～2小时后再超声分散1～2小时，然后在玻璃板或流延机上流延成膜，在80～100℃下烘干后脱膜得到微纳共填充高介电常数柔性复合薄膜，其中微米粒度和纳米粒度的钛酸钡粉体体积比从6∶2到2∶6，钛酸钡粉体总体积与聚偏氟乙烯体积的体积比为2∶3。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明通过使纳米粒径的钛酸钡颗粒填入微米粒径的钛酸钡颗粒之间的缝隙，使钛酸钡颗粒以更紧密的堆积方式均匀分布于聚偏氟乙烯基体中，使所制备的复合材料达到高介电性能和力学性能。

2)本发明所提供的方法操作简便，制备周期短，能耗和成本低，污染少。

3)通过调节添加组分的相对含量可以明显地改变该材料的介电常数和力学性能，使之达到最佳结果。

附图说明

图1、微纳共填充高介电常数柔性复合薄膜的脆断面SEM照片

a为实施例1、b为实施例2、c为实施例3、d为实施例4、e为实施例5的SEM照片。

图2、高介电常数柔性复合薄膜的介电常数与频率的关系

曲线a对应实施例1，b对应实施例2，c对应实施例3，d对应实施例4，e对应实施例5，曲线f对应对比例1，曲线g对应对比例2。

图3、在室温和100Hz时高介电常数柔性复合薄膜的介电常数与复合材料中微米粒径钛酸钡和纳米粒径钛酸钡体积比的关系

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明进行更详细的说明。实施例仅是对本发明的一种说明，而不构成对本发明的限制。实施例是实际应用例子，对于本领域的专业技术人员很容易掌握并验证。如果在本发明的基础上做出某种改变，那么其实质并不超出本发明的范围。

下述对比例和实施例中所使用的钛酸钡粉体的粒度为100纳米和1微米两种粒径的钛酸钡粉体；聚偏氟乙烯的粒度为0.1～0.2μm。

对比例1