專利名稱：一種微納共填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜的制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種高介電常數(shù)聚合物基微納米粒度陶瓷填料共填復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著信息、電子和電力工業(yè)的快速發(fā)展，以低成本生產(chǎn)具有高介電常數(shù)和低介電損耗的聚合物基復(fù)合材料成為行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。將具有電學(xué)性能的陶瓷和聚合物復(fù)合，所得材料可以克服陶瓷材料自身的脆性和聚合物材料的溫度限制，可以成倍提高復(fù)合材料的某些電性能。目前，國內(nèi)外普遍填充于聚合物中的無機(jī)粒子粉體多為納米粒度或微米粒度的單一粒度的陶瓷粉體。使用納米粒度的陶瓷粉體可以有效的降低復(fù)合材料的厚度并提高其與聚合物基體的界面相容性，但由于納米粒度陶瓷粉體與微粒粒度陶瓷粉體的晶型差異， 納米尺度陶瓷粉體本身的介電常數(shù)很低，所以使用單一納米粒度的陶瓷粉體填充的復(fù)合材料很難達(dá)到很高的介電常數(shù)。例如日本的Y. Kobayashi等人采用流延法，以聚氮甲基二吡咯烷酮作溶劑，制得填充陶瓷微粒的平均尺寸為27納米的鈦酸鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合薄膜。 在鈦酸鋇粉體體積分?jǐn)?shù)達(dá)30%時(shí)，介電常數(shù)僅為15(Y.KcAayashi，Τ. Tanase, Τ. Tabata， B. Miwa,Μ. Konno[J]. Journal ofthe European Ceramic Society,2008,28,117-122.)。力口大納米粒子的填充體積分?jǐn)?shù)或填入大粒徑的陶瓷粉體可以提高復(fù)合材料的介電常數(shù)，但同時(shí)也降低了復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐擊穿性能。將微粒粒徑和納米粒徑的陶瓷微粒同時(shí)填入聚合物中，在一定的體積分?jǐn)?shù)之上，把納米粒徑的粒子能有效的填充在大粒子之間的空隙。與單一粒徑微粒填充的方式相比，微納共填充可以使陶瓷粒子相同的填充體積分?jǐn)?shù)下， 以更緊密的堆積方式均勻分布于聚合物基體中，從而有效的提高粒子的填充量并達(dá)到提高介電常數(shù)的目的。并且由于該微納共填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜的介電常數(shù)可以根據(jù)微米粒徑陶瓷粉體和納米粒徑陶瓷粉體的體積比改變而改變，并在納米陶瓷粉體的體積恰好可以完全填入微米粒徑陶瓷粉體的空隙時(shí)達(dá)到最高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，而提供一種制備工藝簡單，能耗低，成本低廉，污染少的高介電常數(shù)聚合物基復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明所提供的一種微納共填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜的制備，包括以下步驟將粒度為微米級尺寸(0. 5-1. 1微米)的鈦酸鋇粉體和粒度為納米級尺寸(小于等于100納米)的鈦酸鋇粉體一起加入溶劑N，N- 二甲基乙酰胺中超聲分散30 40分鐘后加入粒度為0. 1-0. 2微米的聚偏氟乙烯粉體，在40 50°C下攪拌1 2小時(shí)后再超聲分散1 2小時(shí)，然后在玻璃板或流延機(jī)上流延成膜，在80 100°C下烘干后脫膜得到微納共填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜，其中微米粒度和納米粒度的鈦酸鋇粉體體積比從6 2到2 6，鈦酸鋇粉體總體積與聚偏氟乙烯體積的體積比為2 3。本發(fā)明具有以下有益效果1)本發(fā)明通過使納米粒徑的鈦酸鋇顆粒填入微米粒徑的鈦酸鋇顆粒之間的縫隙， 使鈦酸鋇顆粒以更緊密的堆積方式均勻分布于聚偏氟乙烯基體中，使所制備的復(fù)合材料達(dá)到高介電性能和力學(xué)性能。2)本發(fā)明所提供的方法操作簡便，制備周期短，能耗和成本低，污染少。3)通過調(diào)節(jié)添加組分的相對含量可以明顯地改變該材料的介電常數(shù)和力學(xué)性能， 使之達(dá)到最佳結(jié)果。


圖1、微納共填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜的脆斷面SEM照片a為實(shí)施例1、b為實(shí)施例2、c為實(shí)施例3、d為實(shí)施例4、e為實(shí)施例5的SEM照片。圖2、高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜的介電常數(shù)與頻率的關(guān)系曲線a對應(yīng)實(shí)施例1，b對應(yīng)實(shí)施例2，c對應(yīng)實(shí)施例3，d對應(yīng)實(shí)施例4，e對應(yīng)實(shí)施例5，曲線f對應(yīng)對比例1，曲線g對應(yīng)對比例2。圖3、在室溫和IOOHz時(shí)高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜的介電常數(shù)與復(fù)合材料中微米粒徑鈦酸鋇和納米粒徑鈦酸鋇體積比的關(guān)系以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式以下通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。實(shí)施例僅是對本發(fā)明的一種說明，而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。實(shí)施例是實(shí)際應(yīng)用例子，對于本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員很容易掌握并驗(yàn)證。如果在本發(fā)明的基礎(chǔ)上做出某種改變，那么其實(shí)質(zhì)并不超出本發(fā)明的范圍。下述對比例和實(shí)施例中所使用的鈦酸鋇粉體的粒度為100納米和1微米兩種粒徑的鈦酸鋇粉體；聚偏氟乙烯的粒度為0. 1 0. 2 μ m。對比例1將8. 3426克粒度為1微米的鈦酸鋇粉體加入80ml氮氮二甲基乙酰胺中超聲分散 30 40分鐘后，加入4克聚偏氟乙烯溶液，在40 50°C下攪拌1 2小時(shí)后再超聲分散 1 2小時(shí)，然后在玻璃板上流延成膜，在80 100°C下烘干后脫膜得到鈦酸鋇的體積分?jǐn)?shù)為40%的微米粒子單填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜。樣品的介電特性如圖2中(f)所示。對比例2將8. 3426克粒度為100納米的鈦酸鋇粉體加入80ml氮氮二甲基乙酰胺中超聲分散30 40分鐘后，加入4克聚偏氟乙烯溶液，在40 50°C下攪拌1 2小時(shí)后再超聲分散1 2小時(shí)，然后在玻璃板上流延成膜，在80 100°C下烘干后脫膜得到鈦酸鋇的體積分?jǐn)?shù)為40%的納米粒子單填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜。樣品的介電特性如圖2中(g)所示。實(shí)施例1將6. 2568克粒度為1微米的鈦酸鋇粉體和2. 0858克粒度為100納米的鈦酸鋇粉體一起加入80ml氮氮二甲基乙酰胺中超聲分散30 40分鐘后，加入4克聚偏氟乙烯溶液，在40 50°C下攪拌1 2小時(shí)后再超聲分散1 2小時(shí)，然后在玻璃板上流延成膜，在 80 100°C下烘干后脫膜得到鈦酸鋇的體積分?jǐn)?shù)為40%，微米粒度鈦酸鋇和納米粒度鈦酸鋇體積比為6 2的微納共填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜。樣品的脆斷面SEM照片如圖1 中(a)所示，樣品的介電特性如圖2中(a)所示。實(shí)施例2將5. 214克粒度為1微米的鈦酸鋇粉體和3. 1284克粒度為100納米的鈦酸鋇粉體一起加入80ml氮氮二甲基乙酰胺中超聲分散30 40分鐘后，加入4克聚偏氟乙烯溶液，在40 50°C下攪拌1 2小時(shí)后再超聲分散1 2小時(shí)，然后在玻璃板上流延成膜，在 80 100°C下烘干后脫膜得到鈦酸鋇的體積分?jǐn)?shù)為40%，微米粒度鈦酸鋇和納米粒度鈦酸鋇體積比為5 3的微納共填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜。樣品的脆斷面SEM照片如圖1 中(b)所示，樣品的介電特性如圖2中(b)所示。實(shí)施例3將4. 1713克粒度為1微米的鈦酸鋇粉體和4. 1713克粒度為100納米的鈦酸鋇粉體一起加入80ml氮氮二甲基乙酰胺中超聲分散30 40分鐘后，加入4克聚偏氟乙烯溶液，在40 50°C下攪拌1 2小時(shí)后再超聲分散1 2小時(shí)，然后在玻璃板上流延成膜，在 80 100°C下烘干后脫膜得到鈦酸鋇的體積分?jǐn)?shù)為40%，微米粒度鈦酸鋇和納米粒度鈦酸鋇體積比為4 4的微納共填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜。樣品的脆斷面SEM照片如圖1 中(c)所示，樣品的介電特性如圖2中(c)所示。實(shí)施例4將3. 1284克粒度為1微米的鈦酸鋇粉體和5. 214克粒度為100納米的鈦酸鋇粉體一起加入80ml氮氮二甲基乙酰胺中超聲分散30 40分鐘后，加入4克聚偏氟乙烯溶液，在40 50°C下攪拌1 2小時(shí)后再超聲分散1 2小時(shí)，然后在玻璃板上流延成膜，在 80 100°C下烘干后脫膜得到鈦酸鋇的體積分?jǐn)?shù)為40%，微米粒度鈦酸鋇和納米粒度鈦酸鋇體積比為3 5的微納共填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜。樣品的脆斷面SEM照片如圖1 中(d)所示，樣品的介電特性如圖2中(d)所示。實(shí)施例5將2. 0858克粒度為1微米的鈦酸鋇粉體和6. 2568克粒度為100納米的鈦酸鋇粉體一起加入80ml氮氮二甲基乙酰胺中超聲分散30 40分鐘后，加入4克聚偏氟乙烯溶液，在40 50°C下攪拌1 2小時(shí)后再超聲分散1 2小時(shí)，然后在玻璃板上流延成膜，在 80 100°C下烘干后脫膜得到鈦酸鋇的體積分?jǐn)?shù)為40%，微米粒度鈦酸鋇和納米粒度鈦酸鋇體積比為5 3的微納共填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜。樣品的脆斷面SEM照片如圖1 中(e)所示，樣品的介電特性如圖2中(e)所示。在室溫和IOOHz時(shí)高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜的介電常數(shù)與復(fù)合材料中微米粒徑鈦酸鋇和納米粒徑鈦酸鋇體積比的關(guān)系見圖3。從圖1和圖3可以看出，室溫條件下，高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜的介電常數(shù)隨著微米粒徑鈦酸鋇和納米粒徑鈦酸鋇體積比的不同而變化隨著納米粒徑鈦酸鋇體積比的增大，微納共填充復(fù)合材料的介電常數(shù)先增大后降低；微納共填充的復(fù)合材料的介電常數(shù)高于單一納米粒徑填充的復(fù)合材料的介電常數(shù)。
權(quán)利要求
1. 一種微納共填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜的制備，其特征在于，包括以下步驟將粒度為微米級尺寸的鈦酸鋇粉體和粒度為納米級尺寸的鈦酸鋇粉體一起加入溶劑N，N- 二甲基乙酰胺中超聲分散30 40分鐘后加入粒度為0. 1-0. 2微米的聚偏氟乙烯粉體，在 40 50°C下攪拌1 2小時(shí)后再超聲分散1 2小時(shí)，然后在玻璃板或流延機(jī)上流延成膜， 在80 100°C下烘干后脫膜得到微納共填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜，其中微米粒度和納米粒度的鈦酸鋇粉體體積比從6 2到2 6，鈦酸鋇粉體總體積與聚偏氟乙烯體積的體積比為2 3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微納共填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜的制備。將粒度為微、納米級尺寸的鈦酸鋇粉體一起加入溶劑N，N-二甲基乙酰胺中超聲分散后加入粒度為0.1-0.2微米的聚偏氟乙烯粉體，再超聲分散，然后在玻璃板或流延機(jī)上流延成膜，烘干后脫膜得到微納共填充高介電常數(shù)柔性復(fù)合薄膜。本發(fā)明制備工藝簡單，能耗低，成本低廉，污染少。
文檔編號C08L27/16GK102190840SQ20101012333
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者黨智敏, 喻玥 申請人:北京化工大學(xué)