[发明专利]耐高压聚合物基介电材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种耐高压聚合物介电材料及其制备方法，通过在有机聚合物/钛酸钡的二元体系中引入云母，形成有机聚合物/钛酸钡/云母的三元体系，将片状云母穿插到聚合物基体中，使得钛酸钡粉料在有机聚合物基体中分散均匀，并被云母隔离，避免形成导电通路，防止热击穿，从而有效提高产品的耐压性能。

技术领域

本发明属于柔性薄膜电容技术领域，特别涉及一种耐高压聚合物基介电材料及其制备方法。

背景技术

随着电子技术发展，对高介电常数聚合物需求越来越多。但聚合物自身的介电常数往往很低，通常在3～6之间，无法满足技术发展需求。

因此提升聚合物基介电材料的介电常数成为最近几年非常热门的研究领域，已有很多文献报道介绍了提高聚合物基介电材料的介电常数的方法。其中最简便的方法是将高介电常数的钛酸钡填充到聚合物本体材料中。该种方法可以将聚合物基介电材料的介电常数提高1～2个数量级。但该种方法的缺点是：一方面，在钛酸钡的填充量较少时，聚合物基介电材料的介电常数变化不明显，需要填充足够多的钛酸钡，聚合物基介电材料的介电常数才会产生明显变化。另一方面，由于填充了大量钛酸钡，复合后的聚合物基介电材料的耐压性能会比纯的聚合物降低很多，导致复合介电材料仅能用于低压非储能领域，无法应用与高压高储能密度元器件领域，限制了高介电复合材料的推广应用。因此解决聚合物复合材料耐压问题具有重要的工程意义。

通过耐压失效产品分析发现，复合材料耐压低主要原因是钛酸钡填料达到临界体积浓度后，颗粒和颗粒间相互接触，在加载电压后会形成导电通路，在导电通路形成后累计的热量会使导电位置温度升高，进而产生热击穿，从而使复合介电材料的耐压性能变差。

有鉴于此，有必要提供一种耐高压聚合物基介电材料，使其从源头上对复合后的介电材料中的钛酸钡进行有效隔绝，避免导电通路产生，从而有效改善该聚合物基介电材料的耐压性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种耐高压聚合物基介电材料的制备方法，包括如下步骤：将有机聚合物基体溶解在第一溶剂中，制备有机聚合物溶液；在第二溶剂中或者在分散剂和第二溶剂混合而成的分散剂溶液中，加入含有云母和钛酸钡的无机填料，搅拌均匀，制备粉料预分散溶液；将该有机聚合物溶液与该粉料预分散溶液混合均匀，形成介电溶液；以及将该介电溶液涂布在基材上，加热固化，得到聚合物基介电材料。

根据本发明的一个实施例，在将有机聚合物基体溶解在第一溶剂中之后，还包括过滤步骤，除去不溶解的有机聚合物胶质，优选地，该过滤采用0.5～5μm的过滤芯。

根据本发明的一个实施例，该有机聚合物基体选自以下组合的一种或多种：亚克力树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、纤维素及其衍生物、环氧树脂及聚酰胺树脂。该第一溶剂和该第二溶剂相同或者不同，分别选自以下组合中的一种或多种：乙酸乙酯、乙酸丁酯、无水乙醇、丁醇、丙醇、二甲基乙酰胺、丁酮、丙酮、戊酮、甲苯和二甲苯。

根据本发明的一个实施例，该有机聚合物基体和无机填料的质量比为0.1:1～0.4:1；该无机填料中的云母和钛酸钡的质量比为0.05:1～0.4:1；优选地，钛酸钡为球形结构或类球形结构，粒度D₅₀＝0.1～1μm，介电常数≥1000，云母为片状结构，厚径比≥80，D₅₀≤7μm。

根据本发明的一个实施例，该粉料预分散溶液由以下方法制备而成：将第二溶剂和分散剂加入高速分散器中搅拌，混合均匀；加入云母及钛酸钡，搅拌，混合均匀后，得到粉料预分散溶液；优选地，搅拌速度为100～1200rpm，例如100～300rpm、300rpm～500rpm、100～550rpm、600～1200rpm等，该第二溶剂与该分散剂的混合所需搅拌时间为20分钟～2小时，加入该云母及钛酸钡后的混合所需搅拌时间为2～4小时。