[发明专利]一种二氧化硅包覆改性钛酸钡/聚砜的介电复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化硅包覆改性钛酸钡/聚砜的介电复合薄膜材料。利用溶胶凝胶法在高介电材料钛酸钡表面包覆一层致密绝缘的二氧化硅，制备成钛酸钡@二氧化硅纳米核壳结构的颗粒，包覆效果均匀且能够形成单分散状态。然后与聚砜基体材料复合，显著改善了钛酸钡在聚砜中的分散性，避免了钛酸钡之间的团聚。当二氧化硅包覆钛酸钡球状颗粒与聚砜质量分数比为45％时，所制备的介电复合材料在室温下，在100Hz时测试介电常数为228，介电损耗为0.46；当二氧化硅包覆钛酸钡球状颗粒与聚砜质量分数比为25％时，所制备的介电复合材料在室温下，在1MHz时测试介电常数为147，介电损耗仅为0.06。

技术领域

本发明涉及一种介电复合材料的制备方法，尤其涉及一种二氧化硅包覆改性钛酸钡/聚砜的柔性介电复合薄膜材料制备方法。

背景技术

高性能介电复合材料广泛应用在电容器、电动汽车电池、通讯器件等现代微电子器件领域。为了实现介电复合材料的小型化和稳定性，要求其同时具有高相对介电常数、低介电损耗、高储能密度和优良的加工性能。近年来，聚合物基陶瓷介电复合材料由于结合了陶瓷的高介电常数和聚合物的低介电损耗各自优势而成为研究热点之一。铁电陶瓷钛酸钡拥有介电常数高、存储能量密度大和稳定性优异等特点，可以很好在高电压和脉冲充放电电路中使用。通过对陶瓷颗粒表面进行表面包覆或者修饰掺杂，改善其在聚合物基体中的分散性和相容性，减小因界面缺陷造成的介电损耗。聚合物薄膜电容器耐击穿电压高，储能密度相对较低，介电损耗低。本发明提出了一种新型的低介电损耗聚合物聚砜，其为一种化学稳定性好、力学性能优异的热塑性树脂，与二氧化硅包覆改性后的钛酸钡具有很好的相容性和稳定性。二氧化硅包覆改性钛酸钡/聚砜的柔性介电复合材料表现出高介电常数、低介电损耗良好的储能性能。

近些年，对于钛酸钡介电复合材料的研究众多，也取得了很大的进步。张斗等人（CN 106519516）通过石蜡包覆改性钛酸钡，与聚偏氟乙烯-六氟丙烯流延成型形成复合介电材料。此介电复合材料在高频区具有高介电常数、低介电损耗等优势，但是仍然没有解决复合材料介电损耗波动大和在低频区域介电损耗过大的缺点，同时石蜡包覆不能形成单分散的包覆，容易形成钛酸钡之间团聚后包覆的现象，限制了改性后钛酸钡的相容性，无法发挥更好的介电性能。

发明内容

本发明的目的是在于利用包覆效果好和高绝缘性的二氧化硅表面包覆钛酸钡形成球状纳米颗粒，制备成钛酸钡@二氧化硅核壳机构的纳米颗粒，并将制备的钛酸钡@二氧化硅核壳机构的纳米颗粒与聚砜混合制备介电复合材料，以克服现有技术存在的陶瓷相和聚合物基体相容性差，介电损耗过大的问题。

本发明所述钛酸钡的化学式为：BaTiO₃。

本发明一种二氧化硅包覆改性钛酸钡/聚砜介电复合材料得制备方法，首先利用胶凝胶法在钛酸钡表面包覆致密的二氧化硅层，然后与聚砜复合，得到介电复合薄膜材料。

本发明一种包覆改性钛酸钡/聚砜介电复合材料的制备方法，所述的钛酸钡球形纳米颗粒的直径为100nm。

本发明一种二氧化硅包覆改性钛酸钡/聚砜介电复合材料的制备方法，将钛酸钡粉体与有机极性溶剂混合超声粉碎后得到悬浮液A，在搅拌状态下将有机硅氧烷和去离子水加入到悬浮液A中，搅拌2-24小时，将极性有机溶剂和碱性溶液混合得到pH值为7-12的混合液B,在搅拌状态下将悬浮液A滴加到混合液B中，洗涤干燥得到二氧化硅包覆钛酸钡球状纳米颗粒。

本发明一种二氧化硅包覆改性钛酸钡/聚砜介电复合材料的制备方法，将钛酸钡粉体与有机极性溶剂混合超声粉碎后得到悬浮液，功率200~1800W，时间不低于10min。在搅拌状态下将有机硅氧烷和去离子水加入到悬浮液A中，搅拌2-24小时使有机硅氧烷得到充分水解。将极性有机溶剂和碱性溶液混合得到pH值为7-12的混合液。在搅拌状态下将悬浮液A滴加到混合液B中，洗涤干燥后得到球状二氧化硅包覆钛酸钡的纳米颗粒。