[发明专利]一种介电复合材料多层结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子材料领域，具体涉及一种介电复合材料多层结构及其制备方法。

背景技术

介电材料（dielectric material）又称电介质，是可用于控制存储电荷及电能的电的绝缘材料，在现代电子及电力系统中具有重要的战略地位。介电材料主要包括电容器介电材料和微波介电材料两大体系。其中用作电容器介质的介电材料，要求材料的电阻率高，介电常量大，在整个介电材料中占有很大比重。介电材料也可分为有机和无机两大类，种类繁多。

人们对介电材料的研究最初是从无机压电陶瓷材料开始的，无机压电陶瓷材料具有高介电常数和高热电稳定性，但其脆性大、加工温度较高。随着信息和微电子工业的飞速发展对半导体器件微型化、集成化、智能化、高频化和平面化的应用需求增加，越来越多的电子元件，如介质基板、介质天线、嵌入式薄膜电容等，既要介电材料具备优异的介电性能，又要其具备良好的力学性能和加工性能，因此，单一的无机介电材料已经不能满足上述要求。而具有高介电性能的复合功能电介质材料可用于制备高储能密度介质，在脉冲率及电子封装技术等军民用领域有着引人瞩目的实用前景。近年来，人们通过以聚合物为基体，引入高介电常数或易极化的纳米尺度的无机颗粒或者其它有机物形成聚合物基复合介电材料。然而，无机颗粒材料在聚合物体系中易发生团聚，在聚合物中分散不均匀，宏观上出现相分离现象等缺陷，严重影响了复合材料的加工性能和介电性能。因此，无机颗粒材料和聚合物的界面状态显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有多层复合介电材料存在的无机介电材料层与聚合物材料层易出现相分离现象，且复合介电材料介电性能差的缺陷，提供一种介电复合材料多层结构及其制备方法；本发明将具有核-壳结构的纳米微球作为中间层，聚合物材料作为表面层，得到一种介电复合材料多层结构，该介电复合材料中纳米微球层与聚合物材料层相容性好，不会出现相分离现象，且纳米微球的特殊结构使介电复合材料多层结构具有介电常数更大，介电损耗更小的优点，促进了介电材料在电子器件中的应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种介电复合材料多层结构，包括三层结构，以聚合物材料构成的两个表面层和以纳米微球构成的中间层。

上述一种介电复合材料多层结构，其中所述的纳米微球包括纳米无机介电材料形成的核和有机包覆材料形成的壳；具有核-壳结构的纳米微球形成了独立的复合结构单元，在电场的作用下，纳米微球之间形成多点感应电场并相互抵消，从而使介电复合材料具有更低的介电损耗和更高的介电常数；同时，纳米微球的有机包覆材料外壳与聚合物材料的相容性更好，层间不会出现相分离，进而提高了因结构缺陷导致的击穿电压。

上述一种介电复合材料多层结构，其中所述的纳米微球直径为50-100nm，微球直径越小，分散越困难，制备成本越高；微球直径越大，核-壳结构越不稳定，结构缺陷越大，加工难度增加。

上述一种介电复合材料多层结构，其中所述的纳米微球中核的半径与壳的厚度之比为1︰0.4-0.6；壳厚度越大，纳米微球的介电性能越差，壳厚度过小，微球结构不稳定，复合材料机械性能降低。

上述一种介电复合材料多层结构，其中所述的表面层与中间层的厚度比值为0.4-0.8︰1，在该比值下，多层介电材料的介电常数、介电损耗和加工性能之间的平衡关系最佳，作为介电材料性能最好。

上述一种介电复合材料多层结构，其中所述的无机介电材料是指现有的能作为介电材料使用的无机材料，无机介电材料既能赋予复合材料高介电常数；优选的，所述的无机介电材料为钛酸钙、钛酸镁、钛酸钡中的一种或多种。

上述一种介电复合材料多层结构，其中所述的聚合物材料是指现有的能作为介电材料使用的聚合物树脂，聚合物基体材料使复合材料机械性能更加，使用时加工更方便；优选的，所述聚合物材料为聚偏二氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂中的一种或两种。

上述一种介电复合材料多层结构，其中所述的有机包覆材料是指用于包覆无机介电材料的，能形成纳米微球壳层的有机高分子材料；优选的，有机包覆材料的熔点大于聚合物基体材料；有机包覆材料的熔点更高，在进行复合时，纳米微球才能保持完整的结构，在聚合物基体材料中独立的存在，从而赋予介电复合材料更好的电性能；进一步优选的，所述有机包覆材料为聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、环氧树脂中的一种或多种。

上述一种介电复合材料，优选的，所述聚合物材料表面层还包括助剂，所述助剂包括增塑剂、防霉剂、防老化剂、增韧剂、偶联剂、抗静电剂中的一种或多种。