一種高介電常數聚合物基納米複合材料的製備方法

2023-04-26 17:06:36 1

專利名稱：一種高介電常數聚合物基納米複合材料的製備方法
技術領域：
本發明屬於高分子納米材料領域，具體涉及一種高介電常數聚合物基納米複合材 料的製備方法。
背景技術：
納米無機粒子/聚合物複合材料既具有聚合物低的加工溫度和柔韌性，又具有無 機材料高的介電常數，所以近幾年，在迅速發展的電子工業領域中受到廣泛地重視。但是目 前填充於聚合物中的無機粒子粉體多接近於微米尺度，有些粒子的直徑甚至達到IOymJg 制了複合材料薄膜的厚度目前，國內外普遍採用機械混合法_如球磨機混合、熔融混合或溶膠_凝膠法制 備無機粒子/聚合物高介電納米複合材料。然而，這類製備方法能耗大，工藝複雜且材 料微觀結構不易控制。例如美國的Rao等人採用球磨機械混合的方法，用磷酸鹽脂作分 散劑，以4 1的比例填充平均粒徑分別為0.90μπι和0.050μπι的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛 (PMN-PT)和鈦酸鋇(BaTiO3)，以220r/min速度球磨一天，製備了介電常數高達150的環氧 樹脂(EXPOY)/PMN-PT/BaTi03 高介電納米複合材料(Rao Y, Ogitani S, C. P. Wong. Novel Polymer-Ceramic Nanocomposite Based on High Dielectric Constant Epoxy Formula for Embedded Capacitor pplication[J], Journal of Applied Polymer Science,2002, 83,1084-1090 (2002) ) 0武漢大學董麗傑等人採用原位溶膠-凝膠法製備聚偏氟乙烯 (PVDF)/BaTiO3納米複合材料，複合材料中BaTiO3粒徑為50-100nm，在IMHz所測得的介電 常數不高，且介電損耗也較大(董麗傑，熊傳溪.PVDF/改性BaTi03複合材料介電性能研究 [J].高分子材料科學與工程，2003，9(1) :153-155)。綜上所述，採用機械混合法能耗大，成 本高；而用化學方法(如溶膠-凝膠法)製備工藝複雜，工藝條件更加嚴格，所使用的化學 試劑對環境造成一定汙染。

發明內容
本發明的目的在於解決現有技術中的問題，而提供一種製備工藝簡單，能耗低，成 本低廉，汙染少的高介電常數聚合物基納米複合材料的製備方法。本發明所提供的高介電常數聚合物基納米複合材料的製備方法，包括以下步驟將粒度為30 60nm的鈦酸鋇粉體與粒度為0. 1 0. 2 μ m的聚偏氟乙烯加入無 水乙醇中超聲波分散後，烘乾，並在粉末壓片機上於180 200°C和10 15MPa壓力下熱 壓，得到高介電常數聚合物基納米複合材料；其中，鈦酸鋇粉體的用量為鈦酸鋇粉體與聚偏 氟乙烯總體積的10 60%。本發明具有以下有益效果1)本發明通過以無水乙醇作為分散介質，使納米鈦酸鋇粒子吸附到聚偏氟乙烯表 面，有效的降低了複合材料的厚度，同時所製備的複合材料介電性能和韌性好。2)本發明所提供的方法操作簡便，製備周期短，能耗和成本低，汙染少。


圖1、A和B分別為實施例二和實施例四中製備的混合粉體的TEM照片；C和D是分別為實施例二和實施例四中製備的高介電常數聚合物基納米複合材料的脆斷面TEM照片。圖2、鈦酸鋇和高介電常數聚合物基納米複合材料的X射線衍射圖；其中，a對應純 鈦酸鋇粉末，b對應對比例，c對應實施例一，d對應實施例三，e對應實施例五。圖3、在室溫和IKHz和IOMHz時高介電常數聚合物基納米複合材料的介電常數和 介電損耗與複合材料中鈦酸鋇所佔體積分數的關係；內置圖為麥克斯韋-加內特方程計算 的結果。圖4、(a)為高介電常數聚合物基納米複合材料的介電常數與頻率的關係；(b)為 高介電常數聚合物基納米複合材料的介電損耗與頻率的關係；兩幅圖中，曲線a對應對比 例(fBaTi。3為複合材料中鈦酸鋇所佔的體積分數)，b對應實施例一，c對應實施例二，d對應 實施例三，e對應實施例四，f對應實施例五。以下結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。
具體實施例方式下述對比例和實施例中所使用的鈦酸鋇粉體的粒度為30 60nm ；聚偏氟乙烯的 粒度為0. 1 0. 2 μ m。對比例將0. 537克聚偏氟乙烯粉在熱壓機上熱壓(溫度為200°C，壓力為15MPa，時間為 20min)成型。樣品的XRD分析如圖2中(b)所示，樣品的介電特性如圖4中(a)所示。實施例一將0. 1755克納米鈦酸鋇粉體加入IOml無水乙醇中超聲波分散IOmin後，加 入0. 4833克聚偏氟乙烯繼續超聲處理30min，將所得懸浮液置於玻璃盤中，並於50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸發)得到混合粉體，將混合粉體在熱壓機上熱壓(溫度為20(TC，壓力為 15MPa，時間為20min)成型，得到鈦酸鋇的體積分數為10 %的高介電常數聚合物基納米復 合材料。樣品的XRD分析如圖2中(c)所示，樣品的介電特性如圖4中(b)所示。實施例二 將0. 3510克納米鈦酸鋇粉體加入IOml無水乙醇中超聲波分散IOmin後，加 入0. 4296克聚偏氟乙烯繼續超聲處理30min，將所得懸浮液置於玻璃盤中，並於50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸發)得到混合粉體，將混合粉體在熱壓機上熱壓(溫度為20(TC，壓力為 15MPa，時間為20min)成型，得到鈦酸鋇的體積分數為20%的高介電常數聚合物基納米復 合材料。樣品的顯微組織照片如圖1(c)所示，樣品的介電特性如圖4中(c)所示。實施例三將0. 5265克納米鈦酸鋇粉體加入IOml無水乙醇中超聲波分散IOmin後，加 入0. 3759克聚偏氟乙烯繼續超聲處理30min，將所得懸浮液置於玻璃盤中，並於50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸發)得到混合粉體，將混合粉體在熱壓機上熱壓(溫度為20(TC，壓力為 15MPa，時間為20min)成型，得到鈦酸鋇的體積分數為30 %的高介電常數聚合物基納米復 合材料。樣品的XRD分析如圖2中(d)所示，樣品的介電特性如圖4中(d)所示。
實施例四將0.7020克納米鈦酸鋇粉體加入IOml無水乙醇中超聲波分散IOmi η後，加 入0. 3222克聚偏氟乙烯繼續超聲處理30min，將所得懸浮液置於玻璃盤中，並於50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸發)得到混合粉體，將混合粉體在熱壓機上熱壓(溫度為20(TC，壓力為 15MPa，時間為20min)成型，得到鈦酸鋇的體積分數為40 %的高介電常數聚合物基納米復 合材料。樣品的顯微組織照片如圖1(d)所示，樣品的介電特性如圖4中(e)所示。實施例五將0. 8775克納米鈦酸鋇粉體加入IOml無水乙醇中超聲波分散IOmin後，加 入0. 2685克聚偏氟乙烯繼續超聲處理30min，將所得懸浮液置於玻璃盤中，並於50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸發)得到混合粉體，將混合粉體在熱壓機上熱壓(溫度為20(TC，壓力為 15MPa，時間為20min)成型，得到鈦酸鋇的體積分數為50 %的高介電常數聚合物基納米復 合材料。樣品的XRD分析如圖2中(e)所示，樣品的介電特性如圖4中(f)所示。
權利要求
一種高介電常數聚合物基納米複合材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟將粒度為30～60nm的鈦酸鋇粉體與粒度為0.1～0.2μm聚偏氟乙烯加入無水乙醇中超聲波分散後，烘乾，並在粉末壓片機上於180～200℃和10～15MPa壓力下熱壓，得到高介電常數聚合物基納米複合材料；其中，鈦酸鋇粉體的用量為鈦酸鋇粉體與聚偏氟乙烯總體積的10～60％。
全文摘要
一種高介電常數聚合物基納米複合材料的製備方法屬於高分子納米材料領域。本發明通過將粒度為30～60nm的鈦酸鋇粉體與粒度為0.1～0.2μm的聚偏氟乙烯加入無水乙醇中超聲波分散後，烘乾，並在粉末壓片機上於180～200℃和10～15MPa壓力下熱壓，得到高介電常數聚合物基納米複合材料；其中，鈦酸鋇粉體的用量為鈦酸鋇粉體與聚偏氟乙烯總體積的10～60％。本發明工藝簡單，易操作，成本低廉，環境汙染少。
文檔編號C08L27/16GK101955621SQ20091008927
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月15日 優先權日2009年7月15日
發明者黨智敏, 王海燕 申請人:北京化工大學