[发明专利]一种高介电常数全有机复合疏水材料及其制备方法

说明书

本发明涉及纳米复合技术领域，旨在提供一种高介电常数全有机复合疏水材料及其制备方法。该复合疏水材料是以聚二甲基硅氧烷和聚(偏氟乙烯‑三氟乙烯)为基体，以聚苯乙烯微球为填充材料，通过共混和旋涂工艺制得；所述基体中，聚二甲基硅氧烷和聚(偏氟乙烯‑三氟乙烯)的质量比为2∶3，所述填充材料占全有机复合疏水材料总质量的5～30wt％。本发明在有聚合物基体中加入纳米聚苯乙烯微球可增强界面极化效应，构建微粗糙表面，提高复合材料的介电常数，并保持优良的疏水性能。制备工艺简单，方法的可操作性和可重复性高。通过调节PS的添加含量，能实现复合材料的介电、疏水等性能调控，同时由于是纯有机物复合，柔韧性性能较好。

技术领域

本发明涉及一种高介电常数全有机复合疏水材料及其制备方法，属于纳米复合技术领域。

背景技术

电润湿作为一种新型的利用电压来调控导电液滴的致动技术，具有调控范围广、响应灵敏且可以重复利用等特点，在各类微流控芯片、显示元器件以及可变焦液体透镜中具有广泛应用。介电润湿器件通常由基底、电极、介电层、导电液滴这4个部分组成。其中，介电层对电润湿器件驱动电压以及制作工艺都有着很大的影响，它可以大幅消除电解现象的发生，同时增加电压对导电液滴的调控范围，极大地促进了电润湿在各个领域的应用。通常，电润湿器件驱动电压与介电层的介电常数成反比关系。因此，制备具有较好疏水性能和高介电常数的介电层对提高电润湿性能有着十分重要的意义。然而，目前大多数疏水聚合物材料的介电常数较低，导致驱动电压高，影响介电润湿器件的稳定性。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种热固性橡胶，具有优良的透光性、弹性、可塑性和疏水性,且成膜工艺简单，仅通过旋涂就可获得厚度为微米级的薄膜。然而，纯PDMS材料的介电常数较低(小于3)，限制了其在介电润湿器件、微流控芯片等领域的应用。聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))是由偏氟乙烯和三氟乙烯进行共聚和生成的二元共聚物，具有较高的介电常数(7.6-17.6)，可溶于一般的有机溶剂，易成膜。但疏水特性较其他有机材料较低，一般在100°左右。

发明内容

本发明要解决的问题是，克服现有技术的不足，提供一种高介电常数全有机复合疏水材料及其制备方法。

为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：

提一种高介电常数全有机复合疏水材料，该复合疏水材料是以聚二甲基硅氧烷和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)为基体，以聚苯乙烯微球为填充材料，通过共混和旋涂工艺制得；所述基体中，聚二甲基硅氧烷和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的质量比为2∶3，所述填充材料占全有机复合疏水材料总质量的5～30wt％。

本发明进一步提供了前述全有机复合疏水材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)以聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)粉末和聚苯乙烯微球为溶质，以N，N-二甲基甲酰胺为溶剂；进行混合和机械搅拌，得到溶液A；将聚二甲基硅氧烷加入异丙醇中，混合并机械搅拌后，得到溶液B；

(2)按聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)和聚二甲基硅氧烷的质量比为3∶2取溶液A和溶液B，混合均匀；然后加入硅氧烷弹性体固化剂，固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比为1∶10；将混合溶液置于50℃水浴中搅拌，然后在室温下搅拌，得到悬浊液；将悬浊液抽真空除去气泡，得到共混溶液；

(3)通过旋涂法将共混溶液涂覆在干净的ITO玻璃导电面上，室温干燥后，在80℃下干燥除去残留溶剂，得到以膜形式存在的高介电常数全有机复合疏水材料。

本发明中，在步骤(1)中，控制聚苯乙烯微球的用量，使其占复合疏水材料总质量的5～30wt％。

本发明中，在步骤(1)中，溶液A的溶质溶剂质量比为1∶10；溶液B的溶质溶剂质量比为1∶5。

本发明中，所述步骤(2)中，在水浴中搅拌的时间为0.5小时；在室温下再搅拌的时间为24小时；抽真空的时间为1小时。