[发明专利]一维高介电常数、低膨胀系数复合材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种一维高介电常数、低膨胀系数复合材料及制备方法，采用水热法制备出铌酸钾纳米粉体，以带正电荷的铌酸钾纳米粉体和带负电荷的锂霞石纳米粉体为原材料，通过静电自组装法结合微波烧结合成出铌酸钾@锂霞石复合材料，得到高介电常数、低膨胀系数复合材料，该方法制备的复合材料可用于电容器、大功率静电储能的材料，具有简单易行、成本低、方便快速等优点，可规模化生产。

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，尤其涉及一种一维高介电常数、低膨胀系数复合材料及制备方法。

背景技术

基于新一代电子封装技术的发展，人们越来越迫切需求无源器件向微型化、低损耗、高稳定及片式化、集成化、生产大规模、低成本方向发展。其中容阻感无源器件的嵌入式发展逐渐成为集成电路小型化、高集成化要求下的一种发展趋势。随着电气、电子行业的快速发展，人们对电子设备不断小型化和信号稳定性提出了更高的要求。具有高介电常数（high-k）、低介电损耗的材料，能够有效提高电子元件的单位体积电容量，减小设备的体积以及增强信号的稳定性，因而在微电子、能源、电气工程、生物医学工程、航空航天等领域具有重大的应用价值。

高介电材料作为一种应用前景非常广泛的绝缘材料，有着非常好的储存电能和均匀电场的性能，尤其在高储能电容器上，目前使用最多的高介电铁电陶瓷材料，如：BaTiO₃，(Ba,Sr)TiO₃，Pb(Mg,Ng)O₃等，虽然具有较高的介电常数，但加工过程中耗能较大（高温烧结），热膨胀系数较大，难以与有机基板或印刷电路板相兼容，往复循环下产生热应力会导致器件疲劳、性能下降、临时性或永久性失效甚至断裂，使电容器与基板之间的结合不匹配而与基板脱离剥落，由热膨胀失配造成的封装可靠性问题将更为显著。

目前研制高介电常数、低热膨胀材料的技术思想通常在陶瓷材料中引入玻璃相，从而实现对材料热膨胀系数的调控。然而，陶瓷/玻璃体系材料的微观组织及理化性能对玻璃原始组分和烧成工艺较为敏感，工艺实现难度大，产品合格率较低。通过调控低热膨胀系数物相的种类和含量来调控复相材料的热膨胀系数，可使体系具有高的可设计性，性能与工艺参数调整空间也更大，因此也更具实用价值。

发明内容

本发明提出了一种一维高介电常数、低膨胀系数复合材料及制备方法，采用水热法制备出铌酸钾纳米粉体，以带正电荷的铌酸钾纳米粉体和带负电荷的锂霞石纳米粉体为原材料，通过静电自组装法结合微波烧结合成出铌酸钾@锂霞石复合材料，得到高介电常数、低膨胀系数复合材料，该方法制备的复合材料可用于电容器、大功率静电储能的材料，具有简单易行、成本低、方便快速等优点，可规模化生产。

实现本发明的技术方案是：

一维高介电常数、低膨胀系数复合材料，复合材料具有核壳结构，芯层铌酸钾，壳层为锂霞石。

所述复合材料以铌酸钾纳米粉体和锂霞石纳米粉体为原料，采用静电自组装法结合微波烧结合成铌酸钾@锂霞石纳米材料。

所述铌酸钾纳米粉体采用水热法制备，锂霞石纳米粉体采用溶胶凝胶法制备。

所述的一维高介电常数、低膨胀系数复合材料的制备方法，步骤如下：

（1）采用水热法制备铌酸钾纳米粉体，采用溶胶凝胶法制备锂霞石纳米粉体；

铌酸钾制备方法

将氢氧化钾、柠檬酸钠、醋酸铌材料等材料加入到到酒精与水的混合液中，之后加入将以上混合液加入到聚四氟乙烯内衬中，之后进行水热反应反应结束后，取出样品，随即将所得的样品采用去离子水和酒精清洗、干燥；

锂霞石制备方法