專利名稱：一種制備聚合物基高介電納米復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚合物基納米復(fù)合材料及其加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及具有高介電性能的納米復(fù)合材料制備方法。
背景技術(shù)：
隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，電子裝置的組件面臨著高度集成化的需求，即制備輕薄短小以及多功能的電子器件勢在必行。無源元件(包括電容、電阻、電感等)是電子電路中至關(guān)重要的組件，其中電容器可廣泛應(yīng)用于濾波、整流、定時(shí)、交直流轉(zhuǎn)換、去耦以及儲能等，所以電容元件在微電子電路中扮演著不可或缺的角色。根據(jù)C= ε s/d (C為電容器的電容、ε為介電常數(shù)、S為電容器介電材料的面積、d為介電材料的厚度)，在有限的空間內(nèi)，要增加電容器的電容量，一方面是減小電容器的厚度，另外一方面就是制備具有高介電常數(shù)的介電材料。此外，由于高度集成化和小型化的發(fā)展，在印刷電路板狹小的空間內(nèi)，電子組件還面臨著不易散熱和由此導(dǎo)致的電子器件性能不穩(wěn)定、使用壽命降低等問題。因此制備電子器件的材料還應(yīng)具有良好的熱穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的介電材料主要是鐵電體的陶瓷材料，但由于它們存在密度大，脆性大，不易加工等缺點(diǎn)，很難制成符合要求的元件。近年來，聚合物基高介電復(fù)合材料由于其綜合了陶瓷填料的高介電性能和聚合物的柔韌性與易加工的特點(diǎn)受到廣泛的關(guān)注。目前，國內(nèi)外普遍采用機(jī)械混合法(主要有球磨機(jī)混合，熔融混合和溶液混合等)制備無機(jī)粒子填料(包括陶瓷粒子和導(dǎo)電粒子)的聚合物基介電復(fù)合材料。例如，黨智敏等采用直接溶液混合的方法,將BaTiO3粒子(粒徑為0.Ιμπι和0.7μπι兩種)分別加入到環(huán)氧樹脂溶液中攪拌混合，再蒸去溶劑，最后經(jīng)熱壓成型得到復(fù)合材料，在體積分?jǐn)?shù)為70%時(shí)，兩種粒徑填料的介電常數(shù)分別為 55 和 46 左右(Zh1-Min Dang, Yan-Fei Yu, Ha1-Ping Xu, Jinbo Ba1.Studyon microstructure and dielectric property of the BaTiO3/epoxy resin composites.Composites Science and Technology.68 (2008) 171-177)。但這些直接機(jī)械混合的方法存在的問題是填料粒子的均勻分散。直接混和總是不能完全的均勻分散，會或多或少的存在填料粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象，這樣就會使復(fù)合材料存在介電性能不穩(wěn)定或局部易擊穿等缺陷。為了解決加工過程中的均勻分散問題，有人采用加入分散劑或偶聯(lián)劑進(jìn)行改善，例如Seung-Hoon Choi 等米用 APTS 和 INAAT 兩種偶聯(lián)劑進(jìn)行改善(Seung-Hoon Choi, I1-DooKim, Jae-Min Hong, K1-Hong Park, Seong-Geun Oh.Effect of the dispersibilityof BaTi03nanoparticles in BaTiO3/polyimide composites on the dielectricproperties.Materials Letters.2007; 61 (11-12): 1478-2481),但是第三組分的加入會對材料的綜合性能有一定的影響。綜上所述，采用直接的機(jī)械混合的方法，存在能耗大，工藝復(fù)雜，以及填料粒子不能非常好地分散均勻等缺點(diǎn)，因此發(fā)展一種操作簡便且能均勻分散填料的方法對微電子行業(yè)的發(fā)展有很大的幫助。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決聚合物基復(fù)合材料制備過程中填料粒子的均勻分散問題，提供一種操作簡便、能耗較小的制備具有高介電常數(shù)的超薄的聚合物基復(fù)合材料的方法。本發(fā)明所提供的制備高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)合材料的方法，是通過將聚合物基體溶液進(jìn)行靜電紡絲，同時(shí)將填料粒子懸浮液進(jìn)行靜電噴霧，采用共同的接收裝置同時(shí)接收靜電紡絲和靜電噴霧的產(chǎn)物，得到復(fù)合纖維膜，該復(fù)合纖維膜最后經(jīng)熱壓加工工藝制備得到填料粒子均勻分散的聚合物基高介電納米復(fù)合材料。本發(fā)明所述的制備方法，具體包括以下步驟:I)制備聚合物基體溶液，調(diào)節(jié)溶液的固含量與粘度，使溶液適合用于靜電紡絲；2)將填料粒子加入到易揮發(fā)溶劑中，超聲攪拌使其形成穩(wěn)定的懸浮液，適合于靜電噴霧；3)將步驟I)制備的聚合物溶液進(jìn)行靜電紡絲，同時(shí)將步驟2)制備的粒子懸浮液進(jìn)行靜電噴霧，采用接收裝置同時(shí)接收靜電紡絲和靜電噴霧的產(chǎn)物，得到粒子均勻分散的納米纖維膜；4)將步驟3)得到的納米纖維膜經(jīng)熱壓加工成型，得到板狀的納米復(fù)合材料。本發(fā)明所述的制備方法具體的過程示意圖如圖1所示。步驟I)所述的聚合物優(yōu)選聚酰亞胺(PI)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚丙烯(PP)，環(huán)氧樹脂(Epoxy resin),聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),聚苯乙烯(PS),聚芳醚酮(PEEK)等具有高熱穩(wěn)定性和優(yōu)異機(jī)械性能的聚合物，或其相應(yīng)前驅(qū)體(如聚酰胺酸PAA)等。步驟I)所述的聚合物基體溶液，可以通過常規(guī)的溶解方法制備(例如，將PVDF溶解于具有良好溶解性的溶劑中，例如DMF，DMAc, DMSO,丙酮等，得到PVDF溶液);也可以通過常規(guī)的聚合反應(yīng)獲得(例如以能合成聚酰亞胺的單體通過聚合反應(yīng)得到PAA溶液)。步驟2)所述的填料粒子可以是高介電的鐵電體陶瓷粉末、導(dǎo)電金屬納米顆粒或者碳基納米材料的一種或多種的混合物，粒子的粒徑可在30-300nm，并且能形成穩(wěn)定的懸浮液。步驟2)所述的易揮發(fā)溶劑優(yōu)選無水乙醇、丙酮或四氫呋喃。所述的高介電的鐵電體陶瓷粉末可以是鈦酸鋇(BaTi03)、鈦酸鉛(PZT)或鈦酸銅鈣(CaCuTi4O12)中的任意一種或兩種以上的混合物。所述的導(dǎo)電金屬納米顆?？梢允羌{米銅粉(Cu)、納米銀粉(Ag)、納米鎳粉(Ni)或納米鐵粉(Fe)中的任意一種或兩種以上的混合物。所述的碳基納米材料可以是炭黑(CB)、石墨粉(graphitepoeder)、單壁碳納米管(SWNT)、多壁碳納米管(MWNT)、碳納米纖維短纖(CNFs)、富勒烯(Fullerene)或石墨烯(Graphene)在的任意一種或兩種以上的混合物。步驟3)中，結(jié)合靜電紡絲和靜電噴霧過程中根據(jù)調(diào)節(jié)針尖的比例和溶液的推速，調(diào)節(jié)填料粒子與聚合物基體的體積比為0:100至50:50。步驟3)中靜電紡絲的電壓根據(jù)不同的聚合物采用不同電壓，具體在15_40kV范圍內(nèi)，纖維直徑在50-1000nm范圍；靜電噴霧電壓根據(jù)不同的粒子在10_35kV范圍內(nèi)；針尖到接收裝置的距離視不同情況在10-50cm范圍內(nèi)。
步驟4)所述的熱壓加工條件優(yōu)選為:加工溫度為100-300°C，壓力大小為2-30MPa，熱壓加工可以在抽真空條件或不抽真空條件下進(jìn)行。得到的板材厚度可以從
10μ m至數(shù)毫米或以上。本發(fā)明所述的方法中，步驟3)得到的納米纖維復(fù)合膜，根據(jù)具體需要，還可以經(jīng)進(jìn)一步相關(guān)處理，例如進(jìn)行烘烤或真空烘干，徹底去除一些殘留的溶劑；同時(shí)根據(jù)需求還可以進(jìn)行其他相關(guān)的處理，例如，當(dāng)步驟I)中的聚合物基體是采用聚酰亞胺前驅(qū)體聚酰胺酸時(shí)，步驟3)得到的納米纖維膜需要進(jìn)行相關(guān)的熱亞胺化處理后再進(jìn)行熱壓加工。與現(xiàn)有技術(shù)的各種制備方法相比，本發(fā)明的方法制備的納米復(fù)合材料，由于顯著提高了填料粒子的均勻分散性，大大減少了填料粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象，使得復(fù)合材料具有高介電常數(shù)且介電常數(shù)可控，低介電損耗(小于0.09)，以及優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能等。可廣泛應(yīng)用于卷繞式電容器，嵌入式電容器等微電子領(lǐng)域。


圖1為結(jié)合靜電紡絲和靜電噴霧過程的裝置示意圖。其為裝置的簡要示意圖，但不以任何形式限制對本發(fā)明的相關(guān)裝置的搭建和改進(jìn)。圖2為結(jié)合電紡和電噴得到的納米纖維膜(A，B, C)和經(jīng)熱壓加工成型后對應(yīng)復(fù)合材料截面(A’，B’，C’)的SEM圖。其中具體物質(zhì)分別對應(yīng)實(shí)施例一，實(shí)施例三和實(shí)施例六。圖3和圖4為實(shí)施例一中得到的納米復(fù)合材料的介電常數(shù)和介電損耗與鈦酸鋇含量以及頻率的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，但不以任何形式限制本發(fā)明。實(shí)施例一:聚酰亞胺/鈦酸鋇(PI/BaTi03)高介電納米復(fù)合材料的制備本實(shí)施例選用的合成聚酰亞胺單體為4，4’ -對苯二氧雙鄰苯二甲酸酐(HQDA)和4，4’ - 二苯醚二胺(0DA)。實(shí)際上可以根據(jù)具體需求選取不同結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺作為復(fù)合材料的基體。按照以下步驟制備聚酰亞胺/鈦酸鋇(PI/BaTi03)高介電納米復(fù)合材料:I)采用低溫聚合制備聚酰胺酸溶液:稱取4.0046g (0.02mol)4, 4’ - 二苯醚二胺(0DA)，8.0462g(0.02mol)4, 4’ -對苯二氧雙鄰苯二甲酸酐(HQDA)，加入到三口燒瓶中，并加入60mLDMAc，劇烈攪拌，先在_5°C反應(yīng)6h，再升溫至10°C反應(yīng)6h，得到聚酰胺酸(PAA)溶液。2)將IOg BaTiO3粉末加入到40g無水乙醇中，超聲攪拌分散,得到穩(wěn)定的懸浮液。3)將步驟I)得到的PAA溶液進(jìn)行靜電紡絲，同時(shí)將步驟2)得到的BaTiO3懸浮液進(jìn)行靜電噴霧。電紡的條件為:電壓25kV，針尖離接收裝置的距離為20cm ;電噴的條件為:電壓28kV，針尖離接收裝置的距離為15cm ;采用連續(xù)轉(zhuǎn)動的滾筒作為接收裝置；通過調(diào)節(jié)針尖比例和溶液供給速度使BaTiO3的含量為0-50vol% ;接收裝置上最終得到PAA/BaTi03納米纖維膜。4)將步驟3)得到的PAA/BaTi03納米纖維膜先在真空烘箱中80°C除溶劑4h，再在管式電阻爐中進(jìn)行熱亞胺化處理，亞胺化程序?yàn)?20°C，250°C分別停留lh，升溫速度為5°C /min。最后得到PI/BaTi03納米纖維膜。5)將步驟4)得到的PI/BaTi03納米纖維膜層疊進(jìn)行熱壓。壓膜條件為:300°C，5MPa。得到厚度約為50 μ m,面積約為40cm2的納米復(fù)合材料。復(fù)合材料性能=BaTiO3體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，復(fù)合材料介電常數(shù)為28.93，介電損耗為0.0084，電擊穿強(qiáng)度為54.9kV/mm,拉伸強(qiáng)度為43.4MPa，空氣中5%熱失重溫度為498.7 V，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為262°C。實(shí)施例二:聚偏氟乙烯/鈦酸鋇(PVDF/BaTi03)高介電納米復(fù)合材料的制備:I)將18g PVDF和82g DMF加入到三口瓶中，常溫?cái)嚢枞芙?，得到適合靜電紡絲的溶液。2)按照實(shí)施例一步驟2)的方法制備得到BaTiO3懸浮液；3)將步驟I)得到的PVDF溶液進(jìn)行靜電紡絲，電紡的條件為:電壓17kV，針尖離接收裝置的距離為25cm ;同時(shí)將步驟2)得到的BaTiO3懸浮液進(jìn)行靜電噴霧，電噴的條件為:電壓28kV，針尖離接收裝置的距離為15cm ;采用連續(xù)轉(zhuǎn)動的滾筒作為接收裝置；通過調(diào)節(jié)針尖比例和溶液供給速度使BaTiO3的含量為0-50vol% ;接收裝置上最終得到PVDF/BaTi03納米纖維膜。4)將步驟3)得到的納米纖維膜在真空烘箱中80°C除溶劑4h后，進(jìn)行熱壓加工成型。壓膜條件為:200°C，3MPa，抽真空環(huán)境。得到厚度約為50 μ m,面積約為40cm2的PVDF/BaTiO3納米復(fù)合材料。復(fù)合材料性能:BaTi03體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，復(fù)合材料介電常數(shù)為38.43，介電損耗為0.0133，電擊穿強(qiáng)度為60.8kV/mm，拉伸強(qiáng)度為23.4MPa，空氣中5%熱失重溫度為412°C，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為165 °C。實(shí)施例三:聚酰亞胺/碳納米管(PI/CNTs)高介電納米復(fù)合材料的制備I)按實(shí)施例一中步驟I)方法得到的PAA溶液；2)將羧基化的碳納米管加入到DMAc和丙酮的混合溶劑中(5:5體積比)，超聲攪拌分散，得到穩(wěn)定的懸浮液。3)將步驟I)得到的PAA溶液進(jìn)行靜電紡絲，電紡的條件為:電壓25kV，針尖離接收裝置的距離為20cm ;同時(shí)將步驟2)得到的碳納米管懸浮液進(jìn)行靜電噴霧；電噴的條件為:電壓18kV，針尖離接收裝置的距離為25cm ;采用連續(xù)轉(zhuǎn)動的滾筒作為接收裝置；調(diào)節(jié)CNTs的含量為0-18vol% ;接收裝置上最終得到PAA/CNTs納米纖維膜。4)將步驟3)中得到的纖維膜按實(shí)施例一中步驟4)的方法處理得到PI/CNTs納米纖維膜。5)將步驟4)得到的PI/CNTs納米纖維膜層疊進(jìn)行熱壓。壓膜條件為:300°C，5MPa。得到厚度約為100 μ m，面積約為40cm2的納米復(fù)合材料。復(fù)合材料性能:復(fù)合材料的滲濾閾值為12vol%左右，在滲濾閾值12vol%時(shí)，復(fù)合材料介電常數(shù)為146.7，介電損耗為0.09，電擊穿強(qiáng)度為54kV/mm，拉伸強(qiáng)度為94.4MPa，氮?dú)庵?%熱失重溫度為546.60C，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為265°C。實(shí)施例四:聚酰亞胺/鎳(PI/Ni)高介電納米復(fù)合材料的制備I)按實(shí)施例一中步驟I)方法得到的PAA溶液；2)將納米鎳粉加入到無水乙醇中超聲攪拌分散得到穩(wěn)定的懸浮液。
3)將步驟I)得到的PAA溶液進(jìn)行靜電紡絲，電紡的條件為:電壓25kV，針尖離接收裝置的距離為20cm ;同時(shí)將步驟2)得到的鎳粉懸浮液進(jìn)行靜電噴霧；電噴的條件為:電壓16kV，針尖離接收裝置的距離為25cm ;采用連續(xù)轉(zhuǎn)動的滾筒作為接收裝置；調(diào)節(jié)Ni的含量為0-20vol% ;接收裝置上最終得到PAA/Ni納米纖維膜。4)步驟3)中得到的纖維膜按實(shí)施例一中步驟4)的方法處理得到PI/Ni納米纖維膜。5)將步驟4)得到的PI/CNTs納米纖維膜層疊進(jìn)行熱壓。壓膜條件為:300°C，6MPa。得到厚度約為100 μ m，面積約為40cm2的納米復(fù)合材料。復(fù)合材料性能:復(fù)合材料的滲濾閾值為14vol%左右，在滲濾閾值14vol%時(shí)，復(fù)合材料介電常數(shù)為413.6，介電損耗為0.07，電擊穿強(qiáng)度為58kV/mm，拉伸強(qiáng)度為74.6MPa，氮?dú)庵?%熱失重溫度為540.60C，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為264°C。實(shí)施例五:聚酰亞胺/碳納米纖維(PI/CNFs)高介電納米復(fù)合材料的制備I)按實(shí)施例一中步驟I)方法得到的PAA溶液；2)將電紡聚丙烯腈基碳納米纖維碾碎，形成碳納米纖維短纖，加入到無水乙醇中超聲攪拌分散，形成穩(wěn)定的懸浮液。3)將步驟I)得到的PAA溶液進(jìn)行靜電紡絲，電紡的條件為:電壓25kV，針尖離接收裝置的距離為20cm ;同時(shí)將步驟2)得到的CNFs懸浮液進(jìn)行靜電噴霧；電噴的條件為:電壓24kV，針尖離接收裝置的距離為20cm ;采用連續(xù)轉(zhuǎn)動的滾筒作為接收裝置；調(diào)節(jié)CNFs的含量為0-10vol% ;接收裝置上最終得到PAA/CNFs納米纖維膜。4)步驟3)中得到的纖維膜按實(shí)施例一中步驟4)的方法處理得到PI/CNFs納米纖維膜。5)將步驟4)得到的PI/CNFs納米纖維膜層疊進(jìn)行熱壓。壓膜條件為:300°C，8MPa。得到厚度約為100 μ m，面積約為40cm2的納米復(fù)合材料。復(fù)合材料性能:復(fù)合材料的滲濾閾值為8vol%左右，在滲濾閾值8vol%時(shí)，復(fù)合材料介電常數(shù)為83.6，介電損耗為0.09，電擊穿強(qiáng)度為45kV/mm，拉伸強(qiáng)度為64.8MPa，氮?dú)庵?%熱失重溫度為538.6 V，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為268°C。實(shí)施例六:聚酰亞胺/鈦酸鋇/碳納米管(PI/BaTi03/CNTs)高介電納米復(fù)合材料的制備:I)按實(shí)施例一中步驟I)方法得到的PAA溶液；2)將BaTiO3粉末和碳納米管混合，加入到無水乙醇中超聲攪拌分散，得到穩(wěn)定的懸浮液。其中BaTiO3與CNTs的體積比為100:0-80:20。3)將步驟I)得到的PAA溶液進(jìn)行靜電紡絲，電紡的條件為:電壓25kV，針尖離接收裝置的距離為20cm ;同時(shí)將步驟2)得到的BaTiO3與CNFs懸浮液進(jìn)行靜電噴霧；電噴的條件為:電壓20kV，針尖離接收裝置的距離為20cm ;采用連續(xù)轉(zhuǎn)動的滾筒作為接收裝置?；旌咸盍系暮繛?-40vol% ;接收裝置上最終得到PAA/BaTi03/CNFs納米纖維膜。4)步驟3)中得到的纖維膜按實(shí)施例一中步驟4)的方法處理得到PI/BaTi03/CNTs納米纖維膜。5)將步驟4)得到的PI/BaTi03/CNTs納米纖維膜層疊進(jìn)行熱壓。壓膜條件為:3000C，5MPa。得到厚度約為100 μ m,面積約為40cm2的納米復(fù)合材料。
復(fù)合材料性能:BaTi03與CNTs的體積比為80:20，復(fù)合材料中整體填料為40vol%時(shí)，復(fù)合材料介電常數(shù)為774.9，介電損耗為0.18，電擊穿強(qiáng)度為35kV/mm，拉伸強(qiáng)度為41.8MPa，氮?dú)庵?%熱失重溫度為548.6°C，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為270°C。以上材料和結(jié)果測試設(shè)備說明(一)實(shí)驗(yàn)材料:4，4’ - 二苯醚二胺(0DA)，購自常州陽光藥業(yè)有限公司；4，4’-對苯二氧雙鄰苯二甲酸酐(HQDA)，購自長春高琦聚酰亞胺材料有限公司；鈦酸鋇(BaTiO3),購自無錫豫龍電子材料有限公司，粒徑大小約200nm ；聚偏氟乙烯(PVDF)，購自阿法埃莎(天津)化學(xué)有限公司；鎳粉(Ni)，購自北京德科島金科技有限公司，粒徑大小為50nm ；碳納米管(CNTs，羧基化)，購自中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司。(二)實(shí)驗(yàn)結(jié)果測試與表征:本發(fā)明中六個實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是通過以下儀器設(shè)備進(jìn)行測試和表征。復(fù)合材料的介電常數(shù)和介電損耗是通過TH2819A型精密數(shù)字電橋(常州市同惠電子有限公司)測定的，材料兩面以導(dǎo)電膠為電極，測試頻率為100Hz-200kHz ；復(fù)合材料的電擊穿強(qiáng)度是通過電擊穿試驗(yàn)儀(北京冠測試驗(yàn)儀器有限公司)進(jìn)行測試的；復(fù)合材料的機(jī)械性能用CMT8012微型控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)(深圳新三思材料檢測有限公司)測定；納米纖維膜和復(fù)合材料截面形貌用掃描電子顯微鏡(VEGA3LMU型，捷克Tescan公司)進(jìn)行觀察；復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性用WRT-3P熱失重分析儀(TGA，上海精密科學(xué)儀器有限公司)測定；復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度用差示掃描量熱儀(DSC，德國耐馳公司)測定。
權(quán)利要求
1.一種制備高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)合材料的方法，是通過將聚合物基體溶液進(jìn)行靜電紡絲，同時(shí)將填料粒子懸浮液進(jìn)行靜電噴霧，采用共同的接收裝置同時(shí)接收靜電紡絲和靜電噴霧的產(chǎn)物，得到復(fù)合納米纖維膜，該復(fù)合納米纖維膜最后經(jīng)熱壓加工工藝制備得到填料粒子均勻分散的聚合物基高介電納米復(fù)合材料。
2.權(quán)利要求1所述的制備方法，具體包括以下步驟: 1)制備聚合物基體溶液，調(diào)節(jié)溶液的固含量與粘度，使溶液適合用于靜電紡絲； 2)將填料粒子加入到易揮發(fā)溶劑中，超聲攪拌使其形成穩(wěn)定的懸浮液，適合于靜電噴霧； 3)將步驟I)制備的聚合物溶液進(jìn)行靜電紡絲，同時(shí)將步驟2)制備的粒子懸浮液進(jìn)行靜電噴霧，采用接收裝置同時(shí)接收靜電紡絲和靜電噴霧的產(chǎn)物，得到粒子均勻分散的復(fù)合納米纖維膜； 4)將步驟3)得到的復(fù)合納米纖維膜經(jīng)熱壓加工成型，得到板狀的納米復(fù)合材料。
3.權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟I)所述的聚合物選自聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚丙烯、環(huán)氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚芳醚酮，或它們相應(yīng)前驅(qū)體。
4.權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟2)所述的填料粒子選自是高介電的鐵電體陶瓷粉末、導(dǎo)電金屬納米顆?；蛘咛蓟{米材料的一種或多種的混合物，粒子的粒徑在30-300nm,并且能形成穩(wěn)定的懸浮液。
5.權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于:所述的高介電的鐵電體陶瓷粉末是鈦酸鋇、鈦酸鉛或鈦酸銅鈣中的任意一種或兩種以上的混合物。
6.權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于:所述的導(dǎo)電金屬納米顆粒是納米銅粉、納米銀粉、納米鎳粉或納米鐵粉中的任意一種或兩種以上的混合物。
7.權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于:所述的碳基納米材料是炭黑、石墨粉、單壁碳納米管、多壁碳納米管、碳納米纖維短纖、富勒烯或石墨烯在的任意一種或兩種以上的混合物。
8.權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟3)中，結(jié)合靜電紡絲和靜電噴霧過程中根據(jù)調(diào)節(jié)針尖的比例和溶液的推速，調(diào)節(jié)填料粒子與聚合物基體的體積比為0:100至50:50。
9.權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟3)中靜電紡絲的電壓在15-40kV范圍內(nèi)，纖維直徑在50-1000nm范圍；靜電噴霧電壓在10_35kV范圍內(nèi)；針尖到接收裝置的距離在10-50cm范圍內(nèi)。
10.權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟I)中的聚合物基體是采用聚酰亞胺前驅(qū)體聚酰胺酸；步驟3)得到的納米纖維膜需要進(jìn)行熱亞胺化處理后再進(jìn)行步驟4)所述的熱壓加工。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制備高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)合材料的方法，是通過將聚合物基體溶液進(jìn)行靜電紡絲，同時(shí)將填料粒子懸浮液進(jìn)行靜電噴霧，采用共同的接收裝置同時(shí)接收靜電紡絲和靜電噴霧的產(chǎn)物，得到復(fù)合纖維膜，該復(fù)合纖維膜最后經(jīng)熱壓加工工藝制備得到填料粒子均勻分散的聚合物基高介電納米復(fù)合材料。本發(fā)明制備的復(fù)合材料具有高介電常數(shù)，低介電損耗等特點(diǎn)，同時(shí)復(fù)合材料的介電常數(shù)可以通過填料粒子在聚合物基體中的含量進(jìn)行控制。本發(fā)明工藝簡單，操作方便，環(huán)境污染少，能很好地解決填料粒子在聚合物基體中的均勻分散問題，有望用于微電子行業(yè)制備嵌入式電容器的介電材料等。
文檔編號D04H1/728GK103147226SQ20131004870
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月7日
發(fā)明者侯豪情, 丁義純, 謝成宸, 陳林林 申請人:江西師范大學(xué)