[发明专利]一种具有高介电性能的复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高介电性能的复合材料及其制备方法，是将金属盐、有机配体2,5‑二羟基对苯二甲酸及模板助剂水杨酸在室温下反应获得金属有机框架材料；将金属有机框架材料分散于甲醇中进行水热反应，产物离心烘干后获得金属有机框架材料前驱体，该前驱体置于高温炉中惰性气体气氛下进行碳化处理后与碱性溶液混合，离心后在高温惰性气体气氛下煅烧处理；与酸性溶液混合，洗去残留的碱性物质，水洗后干燥，得到所需石墨烯碳纳米带材料；然后石墨烯碳纳米带材料与树脂、粉体混合制得三相复合材料。本方法所得复合体系介电损耗低，同时兼顾介电常数，达到提升复合材料介电性能的目的。

技术领域

本发明涉及一种复合材料介电性能的提升方法，尤其适用于薄膜型聚合物基的复合材料。

背景技术

在电子科技领域，复合材料的介电性能对产品最终性能具有重大的影响。以应用于电容材料的复合体系来说，如何提升其介电常数，抑制其介电损耗对于提升电子产品信号完整性等意义重大。如果使用纯聚合物作为电容使用，其本身的介电常数非常低，一般只有3-4，而具有实际应用意义的材料，介电常数一般要在20以上，介电损耗控制在0.05左右，通过在其体系中添加第二相材料是一种很好的选择。最常用的是使用具有高介电常数的无机粉体，如钛酸钡、钛酸锶等，但是为了获得高的介电常数，无机粉体的添加量通常会很高，一般体积分数在50％以上，这会大大降低材料的机械性能。添加导电粒子，如纳米银、铜等，使其添加量达到渗流阈值附近可以大大提升复合材料的介电常数，但是由于纳米粒子容易团聚，内部形成了很长的导电回路，造成介电损耗大大上升。通过对纳米金属粒子，进行改性，提升材料的分散性，对改善介电损耗过大有一定帮助，但是效果仍不理想。添加碳材料如碳纳米管，由于其具有极大的比表面积，只需要很低的添加量就可以达到渗流阈值。同时，可以形成“微电容”结构，有效提升材料的介电性能。但是一般这类材料的尺寸都是微米级，在电子产品日趋薄形化，多功能化的今天，容易引起复合材料出现短路的问题。纳米级的石墨烯近年来得到了广泛的关注，但是由于其带隙为零，导电性能极强，造成较大的介电损耗，也不符合电子产品的发展趋势。因此，迫切需要一种具有高介电性能的复合材料。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高介电性能的复合材料及其制备方法，添加具有结构可控的金属有机框架材料基纳米碳材料于介电粉体/聚合物复合体系中，利用纳米材料的结构控制，达到降低其导电性，降低介电损耗，同时兼顾复合体系的介电常数，达到提升复合材料介电性能的目的。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种具有高介电性能的复合材料，包括电极基材，在电极基材的一侧涂覆有树脂/介电粉体/导电性可控碳纳米带的三相复合材料，涂层厚度控制在 5～30um，所得复合材料的介电常数大于20，介电损耗低于0.05。

所述的导电基材为铜箔或者铝箔；聚合物是环氧树脂、聚酰亚胺或者聚四氟乙烯；采用的溶剂为乙醇、丙酮、丁酮或者乙酸乙酯；介电粉体是钛酸钡、钛酸锶或者钛酸锶钡。

一种具有高介电性能的复合材料的制备方法，步骤如下：

(1)、金属有机框架材料的制备：金属盐、有机配体2,5-二羟基对苯二甲酸及模板助剂水杨酸在室温下反应0.5～1h，产物使用溶剂洗涤、离心，获得金属有机框架材料；

所述的金属盐为锌盐或者镁盐；溶剂为N，N-二甲基甲酰胺或者甲醇；

离心速度500～1000rpm，离心时间5～10min。

该步骤(1)中的金属盐、有机配体及模板助剂的比例调节可控最终产物石墨烯碳纳米带材料的结构与性质。

(2)、金属有机框架材料前驱体的制备：将步骤(1)获得的金属有机框架材料分散于甲醇中进行水热反应，水热反应温度在100～150℃，反应时间在24～48h，产物离心烘干后获得所需的金属有机框架材料前驱体。