[发明专利]电压敏感材料及其制备与应用

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料，具体涉及电压敏感材料及其制备与应用。

背景技术

功能高分子材料是目前材料科学研究的热点，具有电压敏感特性的高分 子电压敏感材料便是其中的佼佼者，迄今学术界产业界都在踊跃地对它进行 研究开发。所谓的高分子电压敏感材料通常由高分子聚合物、导电粒子、绝 缘粒子和半导体粒子复合而成。所述的高分子聚合物可以是热塑性聚合物， 如聚烯烃，聚偏氟乙烯，聚酰胺，聚酯等，也可以是热固性聚合物，如环氧 树脂，有机硅树脂，酚醛树脂，聚酰亚胺树脂等。导电粒子可以是银，铜， 镍，铝，石墨，炭黑等材料。绝缘粒子有氧化铝，二氧化硅，氧化镁等。半 导体粒子有碳化硅，氧化锌等。这种复合高分子材料的电阻随两端电压变化 而呈非线性变化，也就是说，当施加在其两端的电压小于某个特定电压值时， 材料为绝缘体，电阻很大；当施加在其两端的电压大于这个特定电压值时， 材料转变为导体，电阻很小。这个特定电压值，我们称之为触发电压。

集成电路(IC)技术的在电子领域得到越来越广泛的应用，但是这种半 导体器件对外界影响敏感程度非常高，易于受到由外界静电冲击(ESD)引 起的过电压损害。当集成电路(IC)受到高达数千伏的静电冲击时，将造成 高达几十安培的瞬间放电尖峰电流。瞬间大电流会对IC造成严重损伤，从而 导致整台电子设备的工作故障，带来重大经济损失。目前集成电路(IC)常 用保护电路有箝位二极管，压敏电阻，稳压管，TVS二极管等。但是，由于 ESD防护元件并联在电路中使用，这就要求其结电容要尽可能的小，尤其是 对于高频线路中，较高的结电容会造成信号噪音，影响IC的正常工作。

使用高分子电压敏感材料制成的高分子ESD保护元件，是一种新的解决 方案，特点是没有极性，安装简单，最主要的是结电容小，非常适合高频线 路中应用。但是目前高分子电压敏感材料使用的导电粒子为镍和铝等金属材 料，容易产生表面氧化，从而影响到复合材料的稳定性，造成触发电压的升 高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种抗氧化性能良 好的高分子电压敏感材料。

本发明的电压敏感材料由包括下列组分及配比的原料复合而成：

有机高分子聚合物体积百分比为30％-70％；

导电粒子体积百分比为2％-20％；

半导体粒子体积百分比为10％-50％。

较佳的，本发明的电压敏感材料的原料还包括体积百分比为0.1-50％的绝 缘粒子。

所述的高分子聚合物可以是热塑性聚合物，如聚烯烃，聚偏氟乙烯，聚 酰胺，聚酯等，也可以是热固性聚合物，如环氧树脂，有机硅树脂，聚氨酯， 酚醛树脂，聚酰亚胺树脂等。

所述的导电粒子为IV族金属氮化物，或者IV族金属碳化物，或者他们的 混合物，优选碳化钛，氮化钛。导电粒子之所以选择IV族金属氮化物或碳化 物，一方面是由于IV族金属氮化物和碳化物具有接近金属的导电性能，但是 在空气中不会氧化，稳定性好；另一方面，研究发现，如果采用其他非金属 导电物质如炭黑，石墨等，虽然也具有不易氧化的特性，但是由于其导电性 较差，如果要想制得具有电压敏感性能的材料，需要填充量很大，造成这些 材料的耐大电压能力很差，容易出现电弧，燃烧现象。

所述的绝缘粒子可选自氧化铝、氢氧化铝、二氧化硅、氧化镁或氢氧化 镁中的一种或多种的混合。

所述的半导体粒子有碳化硅，氧化锌和氧化铋；也可以是钙，铌，钒， 铁和钛的氧化物；铍，硼，钒的碳化物；锌，银，硅的硫化物；铟锑化物， 硒，硼，碲，锗等。

本发明的电压敏感材料可采用下列方法制备：

按比例混合原料，机械搅拌均匀后得到高分子压敏材料浆料，固化后既 得本发明的电压敏感材料。

本发明的电压敏感材料可以用来制备压敏元件，尤其适合制备线路过电 压防护用电子元器件。

本发明进一步公开了一种过电压防护用电子元器件，为采用本发明的电 压敏感材料制得。

本发明的电压敏感材料采用了IV族金属氮化物和碳化物代替已有技术方 案中容易氧化的金属导电粒子，由于IV族金属氮化物和碳化物具有良好的导 电性能，并且在空气中不会氧化。因此与现有技术相比，本发明的电压敏感 材料具有更好的耐环境氧化性能。

附图说明

图1高分子电压敏感材料测试用电极板示意图，其中