[发明专利]一种高介电可调复合材料的制备方法

说明书

一种高介电可调复合材料的制备方法，采用原子转移自由基聚合的方法进行接枝处理避免引入新的有机物对产物性能造成影响；引入聚甲基丙烯酸甲酯改善陶瓷与聚合物相的不相容性。聚甲基丙烯酸甲酯接枝改性后的钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料缓和了陶瓷/聚合物两相界面的不相容性，减少了缺陷以及界面处空间电荷的积累，从而使复合材料能够承载更高的电压；同时由于界面电荷聚集造成的内建电场较小，电场更容易作用在钛酸锶钡相上，从而增大接枝复合材料的介电可调性。本发明得到的钛酸锶钡/聚偏氟乙烯‑聚甲基丙烯酸甲酯复合材料具有较低的介电损耗、较高的击穿强度和介电可调性，为后续陶瓷/聚合物复合材料的改性工艺优化及应用提供了技术基础。

技术领域

本发明涉及陶瓷/聚合物介电功能复合材料制备技术领域，具体是一种能够提高钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料介电可调性的聚甲基丙烯酸甲酯接枝改性钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料的制备方法。

背景技术

科学技术的高速发展对电子元件小型化、多功能化的要求越来越高，组分单一的材料逐渐无法满足需求，功能复合材料受到了人们的关注。现有技术中，钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料兼顾了陶瓷优异的介电性能以及聚合物材料柔性、易加工的特点，在相控阵天线、移相器、柔性可穿戴器件、储能设备等领域具有广阔的应用前景。

钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料的介电可调性一般随着外加偏压电场的增加而增大，因而与复合材料整体的介电常数和击穿强度密切相关，通常高介电常数、高击穿强度的材料具有较大的介电可调性。对于钛酸锶钡/聚偏氟乙烯两相复合材料而言，由于陶瓷相通常为离子键或共价键结合，而聚合物基体通常为桥氧键或氢键结合，键合关系的差异导致陶瓷/聚合物界面不相容，复合材料中会出现明显的界面间隙、气孔等缺陷，对复合材料的介电可调性产生不利影响。

Yiting Guo等在2019年第2期《Advanced Composites and Hybrid Materials》上发表了题为Microstructure and dielectric properties of Ba_0.6Sr_0.4TiO₃/(acrylonitrile-butadiene-styrene)-poly(vinylidene fluoride)composites的论文(DOI：10.1007/s42114-019-00114-7)，通过引入丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物改善陶瓷与聚合物相之间的不相容性，制备的钛酸锶钡/聚偏氟乙烯-(丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物)复合材料在1kHz下介电常数为27，介电损耗为0.09，在16kV/mm外加偏压场下介电可调性为20％。

在聚合物改性方法中，表面接枝化处理是聚合物表面改性的一种重要方法，可以使PVDF获得除本体性能外的其它性能，同时还能够保持自身性能不变。在接枝体系中，聚甲基丙烯酸甲酯的单体不仅是常用的接枝单体，而且其本身为刚性链，杨氏模量高，残余极化低。Honghong Gong等在2016年第6期《RSC Advances》上High-field antiferroelectric-like behavior in uniaxially stretched poly(vinylidenefluoridetrifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene)-grafted-poly(methylmethacrylate)films with high energy density(DOI：10.1039/c5ra22617a)的研究中，通过在聚偏氟乙烯三元共聚物上引入聚甲基丙烯酸甲酯侧链，有效地提高了材料的击穿强度，但未涉及以聚甲基丙烯酸甲酯改性聚偏氟乙烯为聚合物基体的陶瓷/聚合物复合材料的研究。

目前对于钛酸锶钡/聚偏氟乙烯复合材料的改性研究主要集中于制备工艺、复合材料的微观结构及介电常数理论模型、钛酸锶钡陶瓷相对复合材料介电性能的影响等方面，而关于聚偏氟乙烯聚合物相的改性研究较少。因此，寻求一种提高钛酸锶钡/聚偏氟乙烯介电可调性的新改性工艺对陶瓷/聚合物复合材料的发展及介电方面应用十分重要。

发明内容