專利名稱：一種高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)合材 料的制備方法。
背景技術(shù)：
納米無(wú)機(jī)粒子/聚合物復(fù)合材料既具有聚合物低的加工溫度和柔韌性，又具有無(wú) 機(jī)材料高的介電常數(shù)，所以近幾年，在迅速發(fā)展的電子工業(yè)領(lǐng)域中受到廣泛地重視。但是目 前填充于聚合物中的無(wú)機(jī)粒子粉體多接近于微米尺度，有些粒子的直徑甚至達(dá)到IOymJg 制了復(fù)合材料薄膜的厚度目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用機(jī)械混合法_如球磨機(jī)混合、熔融混合或溶膠_凝膠法制 備無(wú)機(jī)粒子/聚合物高介電納米復(fù)合材料。然而，這類制備方法能耗大，工藝復(fù)雜且材 料微觀結(jié)構(gòu)不易控制。例如美國(guó)的Rao等人采用球磨機(jī)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，制備了介電常數(shù)高達(dá)150的環(huán)氧 樹脂(EXPOY)/PMN-PT/BaTi03 高介電納米復(fù)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(xué)董麗杰等人采用原位溶膠-凝膠法制備聚偏氟乙烯 (PVDF)/BaTiO3納米復(fù)合材料，復(fù)合材料中BaTiO3粒徑為50-100nm，在IMHz所測(cè)得的介電 常數(shù)不高，且介電損耗也較大(董麗杰，熊傳溪.PVDF/改性BaTi03復(fù)合材料介電性能研究 [J].高分子材料科學(xué)與工程，2003，9(1) :153-155)。綜上所述，采用機(jī)械混合法能耗大，成 本高；而用化學(xué)方法(如溶膠-凝膠法)制備工藝復(fù)雜，工藝條件更加嚴(yán)格，所使用的化學(xué) 試劑對(duì)環(huán)境造成一定污染。

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(wèn)題，而提供一種制備工藝簡(jiǎn)單，能耗低，成 本低廉，污染少的高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明所提供的高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)合材料的制備方法，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(wú) 水乙醇中超聲波分散后，烘干，并在粉末壓片機(jī)上于180 200°C和10 15MPa壓力下熱 壓，得到高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)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(fā)明具有以下有益效果1)本發(fā)明通過(guò)以無(wú)水乙醇作為分散介質(zhì)，使納米鈦酸鋇粒子吸附到聚偏氟乙烯表 面，有效的降低了復(fù)合材料的厚度，同時(shí)所制備的復(fù)合材料介電性能和韌性好。2)本發(fā)明所提供的方法操作簡(jiǎn)便，制備周期短，能耗和成本低，污染少。


圖1、A和B分別為實(shí)施例二和實(shí)施例四中制備的混合粉體的TEM照片；C和D是分別為實(shí)施例二和實(shí)施例四中制備的高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)合材料的脆斷面TEM照片。圖2、鈦酸鋇和高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)合材料的X射線衍射圖；其中，a對(duì)應(yīng)純 鈦酸鋇粉末，b對(duì)應(yīng)對(duì)比例，c對(duì)應(yīng)實(shí)施例一，d對(duì)應(yīng)實(shí)施例三，e對(duì)應(yīng)實(shí)施例五。圖3、在室溫和IKHz和IOMHz時(shí)高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)合材料的介電常數(shù)和 介電損耗與復(fù)合材料中鈦酸鋇所占體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系；內(nèi)置圖為麥克斯韋-加內(nèi)特方程計(jì)算 的結(jié)果。圖4、(a)為高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)合材料的介電常數(shù)與頻率的關(guān)系；(b)為 高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)合材料的介電損耗與頻率的關(guān)系；兩幅圖中，曲線a對(duì)應(yīng)對(duì)比 例(fBaTi。3為復(fù)合材料中鈦酸鋇所占的體積分?jǐn)?shù))，b對(duì)應(yīng)實(shí)施例一，c對(duì)應(yīng)實(shí)施例二，d對(duì)應(yīng) 實(shí)施例三，e對(duì)應(yīng)實(shí)施例四，f對(duì)應(yīng)實(shí)施例五。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式下述對(duì)比例和實(shí)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(duì)比例將0. 537克聚偏氟乙烯粉在熱壓機(jī)上熱壓(溫度為200°C，壓力為15MPa，時(shí)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(shí)施例一將0. 1755克納米鈦酸鋇粉體加入IOml無(wú)水乙醇中超聲波分散IOmin后，加 入0. 4833克聚偏氟乙烯繼續(xù)超聲處理30min，將所得懸浮液置于玻璃盤中，并于50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸發(fā))得到混合粉體，將混合粉體在熱壓機(jī)上熱壓(溫度為20(TC，壓力為 15MPa，時(shí)間為20min)成型，得到鈦酸鋇的體積分?jǐn)?shù)為10 %的高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù) 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(shí)施例二 將0. 3510克納米鈦酸鋇粉體加入IOml無(wú)水乙醇中超聲波分散IOmin后，加 入0. 4296克聚偏氟乙烯繼續(xù)超聲處理30min，將所得懸浮液置于玻璃盤中，并于50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸發(fā))得到混合粉體，將混合粉體在熱壓機(jī)上熱壓(溫度為20(TC，壓力為 15MPa，時(shí)間為20min)成型，得到鈦酸鋇的體積分?jǐn)?shù)為20%的高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù) 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(shí)施例三將0. 5265克納米鈦酸鋇粉體加入IOml無(wú)水乙醇中超聲波分散IOmin后，加 入0. 3759克聚偏氟乙烯繼續(xù)超聲處理30min，將所得懸浮液置于玻璃盤中，并于50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸發(fā))得到混合粉體，將混合粉體在熱壓機(jī)上熱壓(溫度為20(TC，壓力為 15MPa，時(shí)間為20min)成型，得到鈦酸鋇的體積分?jǐn)?shù)為30 %的高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù) 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(shí)施例四將0.7020克納米鈦酸鋇粉體加入IOml無(wú)水乙醇中超聲波分散IOmi η后，加 入0. 3222克聚偏氟乙烯繼續(xù)超聲處理30min，將所得懸浮液置于玻璃盤中，并于50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸發(fā))得到混合粉體，將混合粉體在熱壓機(jī)上熱壓(溫度為20(TC，壓力為 15MPa，時(shí)間為20min)成型，得到鈦酸鋇的體積分?jǐn)?shù)為40 %的高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù) 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(shí)施例五將0. 8775克納米鈦酸鋇粉體加入IOml無(wú)水乙醇中超聲波分散IOmin后，加 入0. 2685克聚偏氟乙烯繼續(xù)超聲處理30min，將所得懸浮液置于玻璃盤中，并于50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸發(fā))得到混合粉體，將混合粉體在熱壓機(jī)上熱壓(溫度為20(TC，壓力為 15MPa，時(shí)間為20min)成型，得到鈦酸鋇的體積分?jǐn)?shù)為50 %的高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù) 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(quán)利要求
一種高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，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(wú)水乙醇中超聲波分散后，烘干，并在粉末壓片機(jī)上于180～200℃和10～15MPa壓力下熱壓，得到高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)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(shù)聚合物基納米復(fù)合材料的制備方法屬于高分子納米材料領(lǐng)域。本發(fā)明通過(guò)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(wú)水乙醇中超聲波分散后，烘干，并在粉末壓片機(jī)上于180～200℃和10～15MPa壓力下熱壓，得到高介電常數(shù)聚合物基納米復(fù)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(fā)明工藝簡(jiǎn)單，易操作，成本低廉，環(huán)境污染少。
文檔編號(hào)C08L27/16GK101955621SQ20091008927
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者黨智敏, 王海燕 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)