本發(fā)明涉及一種氧化鎂聚合物薄膜復(fù)合材料的制備方法，屬于納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

聚合物復(fù)合介電材料因其易加工、穩(wěn)定性好、質(zhì)量輕等優(yōu)點，在集成電路、器件小型化、能源存儲裝備和電潤濕、微流體等方面廣泛應(yīng)用。例如，聚合物復(fù)合材料可制備成埋入式電容器，有利于電子電工領(lǐng)域集成電路的制備；制備高介耐擊穿聚合物復(fù)合材料，提高材料的電能儲能密度，有利于能源存儲裝置的制備；制備高介疏水絕緣聚合物復(fù)合材料，可作為疏水絕緣層，用于電潤濕、微流體設(shè)備中的制備?？傮w來說聚合物復(fù)合材料因其優(yōu)異的性能和廣泛的適用性，具有深入研究的意義與價值。

聚苯乙烯作為最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的聚合物之一，具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)，抗吸水防潮性能優(yōu)異，熔融時熱穩(wěn)定性和流動性良好，高頻特性好，易于各種方式加工成型，適宜大規(guī)模生產(chǎn)。但聚苯乙烯自身的介電常數(shù)較低，大大限制了其在電容、儲能、電潤濕等介電領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種氧化鎂/聚苯乙烯復(fù)合介電材料的制備方法。

為解決技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

提供一種氧化鎂/聚苯乙烯復(fù)合介電材料的制備方法，包括下述步驟：

(1)向n，n-二甲基甲酰胺中加入聚苯乙烯，攪拌后得到透明澄清溶液；將氧化鎂分散于透明澄清溶液中，得到均勻的懸濁液；

其中，n，n-二甲基甲酰胺與聚苯乙烯的質(zhì)量比為5～10∶1；氧化鎂與透明澄清溶液的質(zhì)量比為2％～8％；

(2)將懸濁液經(jīng)流延成型后，在60℃溫度下干燥，得到薄膜狀的氧化鎂/聚苯乙烯復(fù)合介電材料。

本發(fā)明中，所述氧化鎂通過下述方式制備獲得：

a、將四水乙酸鎂(mg(ac)2)和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)加入乙二醇中，四水乙酸鎂與聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為1∶100；攪拌后移入接有冷凝回流裝置的反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度在180～185℃之間；反應(yīng)2小時后，自然冷卻至室溫；

在添加反應(yīng)物時，控制四水乙酸鎂與乙二醇的質(zhì)量比為1∶29以制備片狀氧化鎂；或者，控制四水乙酸鎂與乙二醇的質(zhì)量比為1∶39，以制備顆粒狀氧化鎂；

b、離心分離反應(yīng)得到的渾濁液體，先用去離子水再用乙醇交替洗滌沉淀產(chǎn)物至少兩輪后，將沉淀產(chǎn)物在60℃的溫度下干燥，得到前驅(qū)體氫氧化鎂；

c、將前驅(qū)體氫氧化鎂在500℃的空氣中灼燒，得到氧化鎂。

本發(fā)明中，步驟(1)中所述的攪拌是指：在室溫下攪拌6h。

本發(fā)明中，在步驟(1)中添加氧化鎂之前，先將氧化鎂在細(xì)胞粉碎機(jī)中超聲分散處理1h。

本發(fā)明中，步驟(1)中所述的分散是指：超聲分散處理2h后再以磁力攪拌12h。

本發(fā)明中，將步驟(1)所得懸濁液移至抽真空裝置中，抽真空1h以排除氣泡。

本發(fā)明中，步驟(2)中所述的干燥時間為6h。

本發(fā)明中，步驟c中所述的灼燒是指：在馬弗爐中燒結(jié)3h。

發(fā)明原理描述：

本發(fā)明采用了填充氧化鎂提高聚苯乙烯介電常數(shù)的方法，即通過簡單的回流制備技術(shù)，制備出不同形貌納米氧化鎂粉末，通過溶液共混、流延成型制備復(fù)合材料，利用電場在氧化鎂與聚苯乙烯中分布較為均勻的特性，在氧化鎂填充含量較低情況下，提高復(fù)合材料的綜合介電性能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、通過簡單的回流制備技術(shù)，制備出片狀和顆粒狀納米氧化鎂粉末，通過溶液共混、流延成型制備復(fù)合材料，利用電場在氧化鎂與聚苯乙烯中分布較為均勻的特性，在較低填充體積下，提高復(fù)合材料的綜合介電性能。

2、本發(fā)明制備工藝簡單，可操作性強(qiáng)，且原料易得到，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。可通過調(diào)節(jié)填入無機(jī)填料的體積分?jǐn)?shù)，調(diào)節(jié)聚合物基復(fù)合材料介電性能。無機(jī)填料填充體積低，在填充分?jǐn)?shù)僅8％下得到良好的介電性能的提升，可保持聚合物良好的韌性。

附圖說明

圖1為實施例中所制備的片狀氧化鎂(m150)的sem照片。

圖2為實施例中所制備的顆粒狀氧化鎂(m200)的sem照片。

圖3為兩種形貌的氧化鎂及其前驅(qū)體的xrd圖譜。

具體實施方式

下面的實施例可以使本專業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明：

下面結(jié)合實施例和對比例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

實施例1-8

(1)向盛有乙二醇的三口燒瓶中，加入四水乙酸鎂和聚乙烯吡咯烷酮，四水乙酸鎂與聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為1∶100；將三口燒瓶移至加熱器中，搭接好冷凝回流裝置，通入冷凝水；控制反應(yīng)溫度在180～185℃，反應(yīng)兩小時后，自然冷卻至室溫。

在添加反應(yīng)物時，控制四水乙酸鎂與乙二醇的質(zhì)量比為1∶29以制備片狀氧化鎂(編號m150，呈薄片狀)；或者，控制四水乙酸鎂與乙二醇的質(zhì)量比為1∶39，以制備顆粒狀氧化鎂(編號m200，呈顆粒狀)。

(2)離心分離反應(yīng)得到的渾濁液體，將白色沉淀產(chǎn)物用去離子水和乙醇交替洗滌2輪后移至烘箱，在60℃的溫度下干燥，得到前驅(qū)體氫氧化鎂。將前驅(qū)體氫氧化鎂移至馬弗爐中，在500℃下燒結(jié)3h，得到氧化鎂。將氧化鎂在細(xì)胞粉碎機(jī)中超聲分散1h，備用。

(3)將聚苯乙烯溶解于n，n-二甲基甲酰胺(dmf)中，在室溫下攪拌6h，得到透明澄清溶液。取粉碎后的氧化鎂加入澄清溶液中，超聲分散2h后再磁力攪拌12h?？刂苙，n-二甲基甲酰胺與聚苯乙烯的質(zhì)量比為5～10∶1；氧化鎂與透明澄清溶液的質(zhì)量比為2％～8％。

(4)將上述分散良好的懸濁液移至抽真空玻璃器皿，抽真空排除氣泡1h。隨后在流延機(jī)上流延成型，移至真空干燥箱干燥在60℃干燥6h，使溶劑充分揮發(fā)，得到薄膜狀的氧化鎂/聚苯乙烯復(fù)合介電材料(編號如表1、2中所示)。

(5)通過真空鍍膜機(jī)在復(fù)合膜兩面分別鍍上厚度為150nm，直徑為20mm純銅作為電極，進(jìn)行后續(xù)電學(xué)性能測試。

表1

對比例(實施例9)

(1)將聚苯乙烯溶解于dmf中，其中聚苯乙烯與dmf質(zhì)量比控制為1:5，在室溫下攪拌6h，得到透明澄清溶液。

(2)將上述澄清溶液移至真空玻璃器皿，抽真空排除氣泡1h。隨后在流延機(jī)上流延成型，移至真空干燥箱干燥在60℃干燥6h，使溶劑充分揮發(fā)，得到對照聚苯乙烯薄膜。

(3通過真空鍍膜機(jī)在復(fù)合膜兩面分別鍍上厚度為150nm，直徑為20mm純銅作為電極，進(jìn)行后續(xù)電學(xué)性能測試。

實施效果比對

圖1、圖2所示為制備的兩種形貌mgo的sem圖，圖1為m150，呈薄片狀；圖2為m200，呈顆粒狀，粒徑尺寸為50-100nm?？煽闯鲋苽涑龅膍go形貌穩(wěn)定、尺寸均一。圖3為兩種形貌的氧化鎂及其前驅(qū)體的xrd圖譜，可看出前驅(qū)體粉體為六方相氫氧化鎂(pdf#07-0239)，經(jīng)空氣中500℃燒結(jié)3h后，完全轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较嘌趸V(pdf#45-0946)。

表1給出了實施例和對比例中實例制備得到的復(fù)合薄膜的介電性能。從表中可以看出，不論是片狀氧化鎂(m150)還是顆粒狀氧化鎂(m200)，其介電常數(shù)隨著無機(jī)填料填充量的升高而增大，在填充分?jǐn)?shù)僅為6％時，介電常數(shù)達(dá)到最大，為純聚苯乙烯介電常數(shù)的1.5倍左右，并且介電損耗均保持在較低水平。一般來說，填充顆粒的長徑比越高，更有利于達(dá)到滲流閾值從而提高材料的介電常數(shù)，在相同填充分?jǐn)?shù)下，片狀氧化鎂介電常數(shù)較高。

表2

需要說明的是，上述實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。