[发明专利]一种耐高温高介电常数无机/聚合物复合薄膜

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种耐高温高介电常数无机/聚合物复合薄膜。

背景技术

随着对材料介电常数要求的不断提高，很多科研人员开始致力于高介电复合材料的研究。其中，聚合物基复合介电材料由于具有较好的机械性能、加工性能和绝缘性能而受到了科研人员的关注。目前，聚合物基复合介电材料主要分为两种：(一)向聚合物机体中添加高介电的陶瓷材料，如：浙江大学的刘卫东等人向聚酰亚胺基体中填充钛酸钡粉末，当钛酸钡粉末的填充量达到50vol％时，在100Hz下，复合材料的介电常数达到50(聚酰亚胺/钛酸钡复合膜介电性能及其影响因素的研究(II).功能材料[J]2008，2(39)pp.264-267)。但该方法的缺陷是，复合材料的介电常数随着陶瓷材料填充量的增加增长缓慢，而陶瓷材料的填充量过高时，易破坏复合材料的机械性能。并且许多高介电陶瓷，如Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃含有铅，污染环境。

(二)向聚合物基体中添加导电材料，如，Dang等人通过向PVDF中添加碳纤维，当碳纤维含量达到6.6％时，复合材料的介电常数在1000Hz下，只有25；当碳纤维含量达到7.4％时，复合材料的介电常数在1000Hz下，高达80，但随着频率的上升介电常数迅速下降，在10⁶Hz下不到30(Dielectric properties of upright carbon fiber filled poly(vinylidene fluoride)composite with low percolation threshold and weak temperature dependence，Applied Physics Letters[J]2007，91(7)072912/1-072912/3)。该方法的优点是能够在低填充量的条件下快速提高复合材料的介电常数，因此不影响复合材料的机械性能，但因复合材料的介电常数在导电材料的填充量接近渗流域值时，变化剧烈，难以控制准确的添加量和介电常数。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种耐高温高介电常数无机/聚合物复合薄膜。

本发明所提供的耐高温高介电常数无机/聚合物复合薄膜由基体聚酰亚胺和填料钛酸铜钙(CCTO)陶瓷粉末组成；复合薄膜中，基体聚酰亚胺所占的体积百分比为60～90％，填料CCTO陶瓷粉末所占的体积百分比为10～40％。

本发明所提供的耐高温高介电常数无机/聚合物复合薄膜的制备方法，如下：

1)将钛酸铜钙(CCTO)陶瓷粒子、4，4’-二氨基二苯醚(ODA)和溶剂N’N-二甲基乙酰胺(DMAC)混合后，超声15±5min，而后加入均苯四甲酸酐(PMDA)，常温搅拌反应4±1h，得到钛酸铜钙/聚酰胺酸的混合溶液；其中，CCTO与ODA的质量比为(0.8～5)∶1，CCTO与DMAC的体积比为1∶(20～120)，CCTO与PMDA的质量比为(0.7～4)∶1。

2)将步骤1)中制备的钛酸铜钙/聚酰胺酸的混合溶液涂膜，抽真空后，升温酰亚胺化，得到耐高温高介电常数无机/聚合物复合薄膜。

本发明具有以下有益效果：

本发明所提供的复合薄膜具有优异的介电性能，在填料含量为10vol％，复合薄膜的介电常数较纯聚酰亚胺薄膜提高60％，且随着填料含量的增加，出现渗流现象，当填料的含量达到40vol％时，复合薄膜的介电常数较纯聚酰亚胺薄膜提高14倍，既可以克服现有介电陶瓷填充的聚合物基复合材料的介电常数随填充量的增加，而增加缓慢的问题；又可以克服导电材料田充的聚合物基复合材料的介电常数在渗流域值附近变化剧烈，不易控制填充量和介电常数的问题。

附图说明

图1、实施例4中制备的复合薄膜的表面(a)和断面(b)的扫描电子显微镜(SEM)照片。

图2、实施例4中制备的复合薄膜的介电常数和电导率与温度的关系。

图3、实施例1、2、3、4中制备的复合薄膜的介电常数和电导率与复合薄膜中CCTO含量(f_CCT0)的关系。

图4、实施例1、2、3、4中制备的复合薄膜的介电常数与频率的关系。

图5、对比例中制备的纯聚酰亚胺薄膜和实施例4中制备的复合薄膜的热失重图。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式

实施例1