[发明专利]石墨烯、碳纳米管和酚醛树脂制备负介电常数材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于负介电常数材料制备的技术领域，尤其涉及一种石墨烯、碳纳米管和酚醛树脂制备负介电常数材料的方法。

背景技术

负介电材料是在某些频率的波段下测得的介电常数值出现负值的材料，由于材料结构的改变而导致电导由隧道导电转变为可变程跃迁，这是导致介电常数出现负值的原因。负介电材料在很多领域有着广泛的应用，例如共振器、滤波器和振荡器等方面。

因此人工合成负介电材料是很重要的。负介电材料通常是由绝缘基体与高导电材料复合成逾渗材料来设计的。在现有的技术中，主要有金属基复合材料和聚合物复合材料等。但是在逾渗阈值附近，由于金属材料的导电率很高，进而引起高介电损耗。人们已经想出了一些办法，如引入绝缘层或混合的纳米结构，使漏导电流降低，从而使逾渗阈值附近的介电损耗变为低介电损耗。在本发明中，加入了石墨烯，因为在石墨烯的表面含有一定量的官能团，这些官能团并不导电，而且附着在石墨烯的片层之间，石墨烯形成多片层结构时，层与层之间的官能团相当于绝缘层，可以影响电子的转移，降低漏导电流，导致低介电损耗。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种石墨烯、碳纳米管和酚醛树脂制备负介电常数材料的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯、碳纳米管和酚醛树脂制备负介电常数材料的方法,步骤如下：

(1)将石墨烯(GR)粉末、碳纳米管(CNTS)粉末和酚醛树脂粉末，进行球磨混合，然后加入PVA溶液，研磨均匀；

(2)将粉末倒入模具之中，压制成薄片。

优选：所述步骤(1)中石墨烯和碳纳米管总的质量分数为6％-14％。

优选：所述步骤(1)中石墨烯与碳纳米管的质量比为1:1、2:1、1:2。

优选：所述步骤(1)中PVA的体积分数为2.2％-2.8％(优选2.5％)。

优选：所述步骤(1)中PVA的加入量为：用滴管加入3至5滴。

优选：所述步骤(1)中球磨时间为3-8分钟(优选5分钟)。

优选：所述步骤(2)中压片的条件：35MPa的压力下，保压3分钟，压制成直径20mm， 厚度为1至3mm的薄片。

上述方法制备得到的负介电常数材料，该材料在制备共振器、滤波器和振荡器中的应用。

本发明的有益效果：

本发明制备的复合材料中存在石墨烯和碳纳米管，石墨烯的片层结构和碳纳米管的管状结构互相复合，彼此交错连接，在颗粒间均匀分布而形成了互相联通的三维网络状结构，促进了电子的导电行为，使复合材料的导电行为由隧道导电变为可变程跃迁，从而出现了负介电，此外石墨烯的表面存在一定量官能团，这些官能团并不是互相连接，也不导电，之间存在斥力，而且附着在石墨烯的片层之间，并且分布在石墨烯表面而成为界面层，可以用来限制漏导电流，从而降低介电损耗。

本发明方法中，采用石墨烯、碳纳米管和酚醛树脂复合，石墨烯具有优良的光学、力学、电学和热学性质，导热性能优异，可以弥补聚合物复合材料因为低热导率而导致不能在高功率环境中使用的缺点。

本发明制备的复合材料负介电常数的数值是可控的，当调节碳材料的质量分数时，可以得到不同负介电常数值的复合材料。

本发明方法中，选择3至5滴体积分数为2.5％的PVA溶液，PVA溶液作为粘合剂，使粉末状的原料可以更容易地被压制成块，选择加入的量为3至5滴，因为PVA过多时会导致压制的样品过于黏稠，但PVA溶液含量太少又导致粘合效果不佳，PVA溶液3至5滴左右会使原料有很好的粘合效果并且没有黏稠现象出现。

本发明中步骤(1)选用球磨，比起其他的机械方法，可以使石墨烯、碳纳米管和酚醛树脂混合地更均匀，并且在高速运转过程中，使三者能够彼此之间均匀分布，3-8分钟的球磨时间避免了原料的结构遭到破坏。

本发明中使用酚醛树脂，与其他热固性树脂相比，具有固化后密度小，机械强度、热强度高，变性倾向小的优点，具有较好的力学性能和耐热性能，是很好的绝缘材料，在本实验中可作为绝缘基体，并且与石墨烯和碳纳米管复合后，产物的力学性能好，机械强度高，便于测试。

附图说明

图1为实施例4中制备的复合材料的介电常数与频率的关系曲线

图2为实施例4中制备的复合材料的电导率与频率的关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1