[发明专利]高介电可调性的陶瓷/高聚物功能复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信系统中的微波移相器、相控阵天线、可调谐电容器等领域用的一种高介电可调性的无机/有机功能复合材料及制备方法，属于信息功能材料科学领域。

背景技术

随着现代电子科技与信息技术的快速发展以及不同学科之间的相互渗透，致使单一材料无法满足各种电子元器件复杂的应用要求，于是介电功能复合材料的研究便随之而诞生。介电功能复合材料在移相器、高储能电容器、微波吸收材料、雷达天线等领域有着广泛的应用。

无机陶瓷材料和有机高聚物材料具备不同的性能特征，将两种异质材料进行复合制备成介电功能复合材料，利用无机陶瓷和有机高聚物材料各自优点，使复合材料具有较高的介电常数、介电可调性、耐压强度以及较低的介电损耗，同时呈现出优良的可加工及化学性能等特性，因此该复合材料有望成为新能源材料领域的一个重要的发展方向。

介电可调性(T)是指材料的介电常数随着外加直流电场变化的非线性特性，即将介电常数随着外加直流电场变化的相对变化率作为一个参数来衡量这种非线性效应，其数学表达式如下；

T=ϵ(0)-ϵ(E)ϵ(0)×100%]]>

其中T为可调性，ε₍₀₎和ε_(E)分别为无电场和施加电场E时材料的介电常数。一般情况下，材料的介电可调性随着外加偏压场的增加而增大，为了比较不同组成材料的介电可调性，定义介电可调性的评判标准T₀如下式；

T₀＝T/E

即T₀为外加单位直流偏压电场下的介电可调性，将1.0kV/mm作为外加直流偏压电场标准，则T₀为1.0kV/mm外加直流偏压电场下的介电可调性。

在诸多的陶瓷材料中，钛酸锶钡(Ba_0.6Sr_0.4TiO₃)陶瓷材料具有优异的介电性能：介电常数可调，高绝缘电阻，低介电损耗，较高的电容温度稳定性。Xiao-Fei,QingXu,DiZhan等人采用丝网印刷法制备了钛酸锶钡(Ba_0.6Sr_0.4TiO₃)陶瓷薄膜，其介电可调性在单位电场(1kV/mm)下达到T₀＝10.5％；QingXu,Xiao-FeiZhang,Yu-HengHuang等人采用柠檬酸前驱体法制备钛酸锶钡(Ba_0.6Sr_0.4TiO₃)陶瓷，研究了烧结温度对其介电可调性的影响，结果表明在烧结温度为1250℃时，其介电可调性在单位电场(1kV/mm)下达到T₀＝15.7％；ZhaiJiwei,H.Chen,C.C.Chou等人采用sol-gel法研究了晶粒粒径对钛酸锶钡(Ba_0.6Sr_0.4TiO₃)介电可调性的影响，发现在平均粒径D＝1.2mm时，在单位电场(1kV/mm)下，其介电可调性达到最大值为T₀＝19.7％。然而钛酸锶钡(Ba_0.6Sr_0.4TiO₃)陶瓷材料可加工性能很差，难以获得复杂形状构件，而且耐冲击性能差，极大地限制了其在微波移相器、相控阵天线、可调谐电容器等领域的应用。