[发明专利]一种高介电常数聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明属于有机/无机复合材料领域，公开了一种具有高介电常数聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法。该复合材料由聚酰亚胺为基体，以聚酰亚胺包裹片状石墨(FG)制备FG@PI复合颗粒为介电填料，制备聚PI/FG@PI复合薄膜材料。其中，FG@PI复合颗粒所占的聚酰亚胺的量份数为5‑50wt％。按照本发明的制备方法，能够获得较高的介电常数、极低的介电损耗的聚酰亚胺PI/FG@PI复合薄膜。本发明制备的高介电常数聚酰亚胺复合薄膜材料用于高密度的能量存储装置。

技术领域

本发明属于无机/有机复合材料领域，设计一种高介电常数聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺的化学结构决定了它拥有许多与众不同的性质、性能特点,主要包括优异的耐热性、机械性能，良好的化学稳定性和耐湿性，以及耐辐射性能和介电性能。随着集成电路和电子行业的飞速发展，对于高介电常数和低介电损耗的材料需求越来越迫切。提高介电常数最有效方法，就是在基体材料中引入导电填料，这种方法能得到较高的介电常数。但是在渗透理论值附近，由于导电填料形成导电网格会导致极高的介电损耗。

发明内容

为了克服引入导电填料在复合材料中引起的介电损耗急剧增加，本发明提供了一中方法，即制备以聚酰亚胺为中间层的无机/有机(FG@PI)复合粒子，该发明，能在提升介电常数的同时抑制介电损耗，解决了因为引入导电填料而造成电损耗增加这个问题。聚合物中间层的存在，除了抑制复合材料的介电损耗，还很大程度上促进填料在基体中分散。本发明中使用到的方法，使得复合材料的内部结构趋于完整无缺陷。这种方法，除了有利于增加介电常数，还克服了因为填料的含量增加而损害复合材料介电性能的缺陷。

一种高介电常数聚酰亚胺复合薄膜，其特征在于:

1、该复合材料的制备原料由以下的质量组分组成：

聚酰亚胺：100

FG@PI复合颗粒：5-50％

其中，聚酰亚胺基体由二胺与二酐单体合成，且两者摩尔比例保持1:1。当FG@PI复合颗粒的质量份数到达50％时，聚酰亚胺复合薄膜材料介电常数急剧增加，且介电损耗极低，复合材料的介电性能得到了很大的提升。为了满足较好的力学性能要求，二胺单体与二酐单体严格保持摩尔比1:1，通过扫描电子电镜表征，FG@PI复合颗粒的粒径为10-20μm。

2、本发明中，没有对随用的单体进行特别的限定，因此，从所述的二酸酐单体3,3',4,4'-二苯酮四酸二酐、均苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸二酐、2,2',3,3'-联苯四酸二酐；以及所述的二胺单体为4,4’-二氨基二苯醚、对-苯二胺、间-苯二胺中，选择3,3',4,4'-二苯酮四酸二酐为二酐，以4,4’-二氨基二苯醚为二胺。所选用的有机溶剂为所述有机溶剂N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或者四氢呋喃；

3、一种高介电常数聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法，包括以下步骤：

S1、将FG@PI分散在有机溶剂中，超声处理促使FG@PI复合颗粒均匀分散至成为悬浮液，得到FG@PI与有机溶剂的混合溶液；

S2、在氮气和冰水浴的环境下，首先将二胺单体溶解在FG@PI与有机溶剂的混合溶液中，搅拌至完全溶解，之后，加入二酐单体，温度维持在10-15℃，反应持续4-6小时，直至反应体系中粘度不再变化为止，得到聚酰亚胺酸/FG@PI(PAA/FG@PI)混合溶液；

S3、将PAA/FG@PI混合溶液置于干净的玻璃板上，并在100-150℃完成溶液脱除，在150-330℃完成亚胺化，得到高介电常数聚酰亚胺复合薄膜；