[发明专利]一种高介电常数聚合物基纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子纳米材料领域，具体涉及一种高介电常数聚合物基纳米复合材料的制备方法。

背景技术

纳米无机粒子/聚合物复合材料既具有聚合物低的加工温度和柔韧性，又具有无机材料高的介电常数，所以近几年，在迅速发展的电子工业领域中受到广泛地重视。但是目前填充于聚合物中的无机粒子粉体多接近于微米尺度，有些粒子的直径甚至达到10μm，限制了复合材料薄膜的厚度

目前，国内外普遍采用机械混合法-如球磨机混合、熔融混合或溶胶-凝胶法制备无机粒子/聚合物高介电纳米复合材料。然而，这类制备方法能耗大，工艺复杂且材料微观结构不易控制。例如美国的Rao等人采用球磨机械混合的方法，用磷酸盐脂作分散剂，以4∶1的比例填充平均粒径分别为0.90μm和0.050μm的铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)和钛酸钡(BaTiO₃)，以220r/min速度球磨一天，制备了介电常数高达150的环氧树脂(EXPOY)/PMN-PT/BaTiO₃高介电纳米复合材料(Rao Y，Ogitani S，C.P.Wong.Novel Polymer-Ceramic Nanocomposite Based on High Dielectric Constant Epoxy Formula for Embedded Capacitor pplication[J]，Journal of Applied Polymer Science，2002，83，1084-1090(2002))。武汉大学董丽杰等人采用原位溶胶-凝胶法制备聚偏氟乙烯(PVDF)/BaTiO₃纳米复合材料，复合材料中BaTiO₃粒径为50-100nm，在1MHz所测得的介电常数不高，且介电损耗也较大(董丽杰，熊传溪.PVDF/改性BaTiO3复合材料介电性能研究[J].高分子材料科学与工程，2003，9(1)：153-155)。综上所述，采用机械混合法能耗大，成本高；而用化学方法(如溶胶-凝胶法)制备工艺复杂，工艺条件更加严格，所使用的化学试剂对环境造成一定污染。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种制备工艺简单，能耗低，成本低廉，污染少的高介电常数聚合物基纳米复合材料的制备方法。

本发明所提供的高介电常数聚合物基纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将粒度为30～60nm的钛酸钡粉体与粒度为0.1～0.2μm的聚偏氟乙烯加入无水乙醇中超声波分散后，烘干，并在粉末压片机上于180～200℃和10～15MPa压力下热压，得到高介电常数聚合物基纳米复合材料；其中，钛酸钡粉体的用量为钛酸钡粉体与聚偏氟乙烯总体积的10～60％。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明通过以无水乙醇作为分散介质，使纳米钛酸钡粒子吸附到聚偏氟乙烯表面，有效的降低了复合材料的厚度，同时所制备的复合材料介电性能和韧性好。

2)本发明所提供的方法操作简便，制备周期短，能耗和成本低，污染少。

附图说明

图1、A和B分别为实施例二和实施例四中制备的混合粉体的TEM照片；C和D是分别为实施例二和实施例四中制备的高介电常数聚合物基纳米复合材料的脆断面TEM照片。

图2、钛酸钡和高介电常数聚合物基纳米复合材料的X射线衍射图；其中，a对应纯钛酸钡粉末，b对应对比例，c对应实施例一，d对应实施例三，e对应实施例五。

图3、在室温和1KHz和10MHz时高介电常数聚合物基纳米复合材料的介电常数和介电损耗与复合材料中钛酸钡所占体积分数的关系；内置图为麦克斯韦-加内特方程计算的结果。

图4、(a)为高介电常数聚合物基纳米复合材料的介电常数与频率的关系；(b)为高介电常数聚合物基纳米复合材料的介电损耗与频率的关系；两幅图中，曲线a对应对比例(f_BaTiO3为复合材料中钛酸钡所占的体积分数)，b对应实施例一，c对应实施例二，d对应实施例三，e对应实施例四，f对应实施例五。

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

下述对比例和实施例中所使用的钛酸钡粉体的粒度为30～60nm；聚偏氟乙烯的粒度为0.1～0.2μm。

对比例

将0.537克聚偏氟乙烯粉在热压机上热压(温度为200℃，压力为15MPa，时间为20min)成型。样品的XRD分析如图2中(b)所示，样品的介电特性如图4中(a)所示。

实施例一