[发明专利]一种高介电常数复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种含有氧化物纳米颗粒填料的高介电常数复合材料及其制备方法。

背景技术

聚合物介电材料是一种应用前景十分广泛的材料，在电子、电机和电缆行业中起着至关重要的作用。随着电子、信息和电力工业近几十年的快速发展，原来单纯仅靠一种材料作为电器元件(如电容器)的材料已表现出许多的缺陷。例如，单纯依靠具有高介电常数的陶瓷材料制作的电容器，尽管其电容值高，但在使用过程中其致命弱点是制造工艺复杂、生产成本高、耗能大、柔韧性差、易开裂等决定了利用这种材料制造形状各异的电容器非常艰难。另一方面，单纯依靠柔性有机高分子材料作为电容器电介质材料也不尽人意，因为大多数聚合物自身低的介电常数(一般为2～3)，从而限制了电容器的电容值。因次，通过材料的复合效应，利用无机和有机各自的优点，研究具有高介电常数的无机/有机复合电介质材料是解决以上问题的重要途径。

设计、开发新型复合材料不仅能实现单相材料的优势互补，而且还可能被赋予其新的优异功能。目前高介电聚合物的研究主要集中在聚合物基体改性和其中填充料的选择方面。经常采用的填料包括具有很高室温介电常数的铁电体陶瓷(如BaTiO₃、PMN-PT等)和导电粒子(如Ni粉末、碳黑、碳纤维等)。填充陶瓷粒子是利用其高介电性，如当在聚偏氟乙烯(PVDF)中填充BaTiO₃或PbTiO₃等高介电陶瓷颗粒，在体积分数为50％时，介电常数可以提高10倍以上。然而，在如此高的体积分数下的复合材料有非常严重的局限性，如柔韧性、机械性能急剧下降，重量变大密度提高等，限制了其在电子材料领域的进一步应用。填充导电粒子则是利用渗流效应来提高聚合物的介电性能，即当填充到聚合物基体中的导电粒子含量接近某一个值(渗流阈值)时，介电常数能够迅速增大，满足规律

ϵ=ϵ0|fc-ffc|-q]]>

其中f_c为渗流阈值，f为导电颗粒的体积分数，-q为临界指数。然而，与聚合物/陶瓷粒子体系一样，金属粒子的填充也在一定程度上破坏了聚合物的柔韧性和机械性能，含量的增加也会进一步带来纳米粒子的团聚问题，同时复合材料的介电常数仍很低。因此开发新型导电填料粒子及其聚合物复合电介质材料有着重大的科学意义和应用价值。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种新型的高介电常数有机复合材料，在保持聚合物的柔韧性和机械性能的同时获得较高的介电常数。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种高介电常数复合材料的制备方法，不仅工艺简单、成本低，而且制得的复合材料既具有很高的介电常数。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种高介电常数复合材料，其特征在于所述高介电复合材料是以聚偏氟乙烯粉末为基体材料，以纳米Fe₃O₄颗粒为填充材料经热压成型后制得的，其中纳米Fe₃O₄颗粒的体积占复合材料混合体积的3％～22％。

所述纳米Fe₃O₄颗粒的粒径为10～30nm，所述聚偏氟乙烯粉末的粒度为0.1～0.5μm。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种高介电常数复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)采用水热法制备纳米Fe₃O₄颗粒；

2)将制得的纳米Fe₃O₄颗粒按体积百分比为其余为聚偏氟乙烯粉末，将体积分数换成质量数，进行配料；

3)将配料好的纳米Fe₃O₄颗粒和聚偏氟乙烯粉末混合并搅拌均匀；