[发明专利]一种具有负介电性能的碳纳米管-石墨-聚偏氟乙烯三元复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有负介电性能的碳纳米管‑石墨‑聚偏氟乙烯三元复合材料及其制备方法，该复合材料由碳纳米管、石墨及聚偏氟乙烯均匀复合形成；碳纳米管和石墨的质量总和占所述三元复合材料的质量百分数为16％～20％，余量为聚偏氟乙烯；其中，碳纳米管和石墨的质量比为(1:1)～(1:10)。本发明的方法包含以下步骤：步骤(1)，分别称量碳纳米管粉体、石墨粉体和聚偏氟乙烯粉体；步骤(2)，将粉体混合分散均匀；步骤(3)，将混匀后的粉体放入模具中，进行冷压成型。本发明的“三元”复合材料，在传统两元复合材料的基础上引入新的功能体变量，使得复合材料具有弱负介电性能，并且负介电常数的值更容易调控。

技术领域

本发明涉及复合材料技术、超材料、射频电磁材料技术，无线电力传输等领域，具体涉及一种具有负介电性能的碳纳米管-石墨-聚偏氟乙烯三元复合材料及其制备方法。

背景技术

介电常数作为表征电磁材料物理性能的基本参数，当介电常数为负值时，在电磁屏蔽、吸收等领域有重要发展。并且，当具有负介电常数的材料与具有负磁导率的材料结合时，具有诸多新颖的电磁性能、如逆多普勒效应，逆古斯-汉斯位移效应、负折射效应等，在微波吸收和无线电力传输方面有广泛前景，成为近几年的研究热潮。

负介电材料有两种制备方法：一种是由人工周期性阵列构成的材料，也称为超材料，通过谐振来实现负介电常数；另一种是通过改变材料的化学组成和微观结构来实现并调控负介电常数，也称为超复合材料，一般由导体和绝缘体复合而成，属于逾渗复合材料。

理论分析表明，负介电常数是由于离域电子的等离子体振荡形成的。当导电相含量较低时，孤立状的导电相随机分布在基体中，此时复合材料的介电常数为正值，且随着导电相的含量的增加而缓慢增大。当导电相的含量进一步增加到临界值(即逾渗阈值)时，大部分导电相颗粒逐渐连结在一起，但仍有部分颗粒呈孤立状弥散在基体中，此时复合材料的介电常数由正值转变为负值，这种现象称为逾渗现象。以往制备的负介电材料往往是由一种导体和一种绝缘体组成的二元复合材料，通过控制导体的含量进而实现负介电常数。二元复合材料具有介电性能不稳定、负介电绝对值过高等缺点。目前很少有关于“三元”复合材料的报道，在原有的“二元”复合材料的基础上，按一定的比例加入另一种导体，这就是所谓“三元”导体1-导体2-绝缘体复合材料。和二元复合材料相比，利用三元复合材料来实现负介电常数具有明显的优势，例如，负介电常数的值在更小的范围区间内更容易调控，即调控得更加精确。这种具有负介电性能的三元复合材料可在通讯、微波吸收、无线电力传输、超材料等应用领域有重要的研究价值和广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是克服现有二元复合材料的介电性能不稳定、负介电绝对值过高等缺点，提供一种具有弱负介电、负介电常数的值更容易调控的三元复合材料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种具有负介电性能的碳纳米管-石墨-聚偏氟乙烯三元复合材料，所述三元复合材料由碳纳米管、石墨及聚偏氟乙烯均匀复合形成；碳纳米管和石墨的质量总和占所述三元复合材料的质量百分数为16％～20％，余量为聚偏氟乙烯；其中，碳纳米管和石墨的质量比为(1:1)～(1:10)。

较佳地，所述三元复合材料中，碳纳米管和石墨的质量总和占所述三元复合材料的质量百分数为16％，余量为聚偏氟乙烯；其中，碳纳米管和石墨的质量比为(1:1)～(1:3)。

较佳地，所述碳纳米管直径为12-30nm，长度为0～6μm。

本发明还提供了上述的具有负介电性能的碳纳米管-石墨-聚偏氟乙烯三元复合材料的制备方法，该方法包含以下步骤：

步骤(1)，分别称量碳纳米管粉体、石墨粉体和聚偏氟乙烯粉体，使得碳纳米管粉体和石墨粉体的质量总和占所述三元复合材料的质量百分数为16％～20％，余量为聚偏氟乙烯；碳纳米管粉体和石墨粉体的质量比为(1:1)～(1:10)；