專利名稱：一種具有高介電常數(shù)的聚合物-鉀鹽復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合物-鉀鹽復(fù)合材料及制備方法，特別涉及一種具有高介電常數(shù)的聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)與鉀鹽復(fù)合材料及其制備方法，屬于介電復(fù)合材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高介電材料由于其優(yōu)良的介電性能，在固態(tài)電容器、微波介質(zhì)元件上有著廣泛的應(yīng)用前景，如動態(tài)隨機(jī)存儲器(DRAM)，大功率電容器等。而高介電陶瓷如CaCu3Ti4012由于其良好的介電性能得到了廣泛的重視。但是，高介電陶瓷雖然擁有良好的介電性能，卻有較大的脆性和需很高的制備溫度，因而限制了其應(yīng)用，特別是在集成電路上的應(yīng)用受到了較大限制。而高介電聚合物基體復(fù)合材料擁有一定的韌性和遠(yuǎn)低于陶瓷的制備溫度，且擁有遠(yuǎn)高于普通聚合物的介電常數(shù)而得到越來越多的關(guān)注。2000年清華大學(xué)的南策文課題組報道了具有高介電常數(shù)的PVDF-Ni復(fù)合材料，其介電常數(shù)為400，遠(yuǎn)高于純PVDF小于10的介電常數(shù)，之后該課題組還報道了 Ni_BaTi03/PVDF三相復(fù)合材料，其介電常數(shù)高達(dá)800。 2005年，Lai Qi等人報道的銀-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料也擁有300的介電常數(shù)。而賓州州立 Q. M. ^iang等人在近幾年報道多種全聚合物復(fù)合材料在IkHz下?lián)碛?gt; 1000的介電常數(shù)，并提出這類材料的一些新應(yīng)用前景。但是這些聚合物復(fù)合材料的介電常數(shù)依然遠(yuǎn)低于高介電陶瓷的介電常數(shù)。2009年，雖然Fuan He等人報道了一種介電常數(shù)在IkHz下高達(dá)4. 5X IO7的高介電納米復(fù)合材料，但是其介電損耗高達(dá)229，并且制備工藝較為復(fù)雜。所以，一種具有能與高介電陶瓷的介電常數(shù)相比擬的或者更高的高介電常數(shù)，而低介電損耗，且制備工藝簡單、原料易得、成本低廉且易于大規(guī)模生產(chǎn)的高介電復(fù)合材料及其制備技術(shù)需要研制出來，這也正是本發(fā)明的任務(wù)所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種制備工藝簡單、成本低廉、且具有極高介電常數(shù)的、 低介電損耗的聚合物PVDF-鉀鹽復(fù)合材料的制備方法，該方法是將聚合物PVDF與鉀鹽按設(shè)計體積分?jǐn)?shù)比例配制成混合物再制備成高介電常數(shù)的介電復(fù)合材料，所述方法能獲得相對介電常數(shù)高達(dá)IO5 IO6的高介電常數(shù)復(fù)合材料。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明是采用以下措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實現(xiàn)的本發(fā)明一種具有高介電常數(shù)的聚合物-鉀鹽復(fù)合材料的制備方法，依次包括以下工藝步驟(1)將聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)與鉀鹽按照體積分?jǐn)?shù)比100-x χ計算出所需用量，其比例中所述χ的范圍為1 99 ；(2)將步驟(1)計算出的PVDF和鉀鹽的用量稱量好，然后用20 50ml有機(jī)溶液溶解PVDF，在溶解后的PVDF液體中再加入鉀鹽，并采用超聲至鉀鹽均勻分散在溶解液體中與PVDF發(fā)生反應(yīng)，得復(fù)合液體；然后抽濾復(fù)合液體，得到復(fù)合材料粉體；(3)將步驟⑵中得到的復(fù)合材料粉體用冷干壓法經(jīng)10 20MI^壓力壓成直徑為 10 20mm，厚度為0. 3 Imm的圓片；(4)將步驟(3)中得到的圓片置于馬弗爐中，在80 250°C的溫度下熱處理2 8h，即制得聚合物-鉀鹽復(fù)合材料樣品；(5)在步驟中獲得的聚合物-鉀鹽復(fù)合材料樣品表面通過離子濺射儀濺射上金屬電極，即制得具有高介電常數(shù)的聚合物-鉀鹽復(fù)合材料，將其放置M小時后測試其介電性能。上述技術(shù)方案中，所述鉀鹽為碳酸鉀，或檸檬酸鉀。上述技術(shù)方案中，所述有機(jī)溶液為N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)。上述技術(shù)方案中，所述離子濺射儀濺射射上的金屬電極為金電極。依本發(fā)明所述的方法制備的聚合物聚偏氟乙烯與鉀鹽的復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有極高介電常數(shù)，其在鉀鹽的體積分?jǐn)?shù)為11 17時IkHz下相對介電常數(shù)高達(dá)IO5 106。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點及有益技術(shù)效果1、本發(fā)明的制備方法工藝簡單，所用原料易得且成本低廉，無需特殊設(shè)備等要求， 便于大規(guī)模生產(chǎn)。2、本發(fā)明的制備方法所采用的冷干壓法所需設(shè)備簡單，工藝過程也簡單易行。3、本發(fā)明的制備方法所制備的聚合物聚偏氟乙烯-鉀鹽復(fù)合材料具有極高的介電常數(shù)，它與普通的高介電陶瓷的介電常數(shù)相比較，不僅擁有更高的介電常數(shù)，還兼顧有較好的柔韌性和極低的制備溫度。


圖1是本發(fā)明方法所制備的聚合物聚偏氟乙烯-碳酸鉀復(fù)合材料的介電性能在 IkHz下的介電常數(shù)和介電損耗隨碳酸鉀的體積分?jǐn)?shù)變化的曲線；從圖中可以看出，當(dāng)所用碳酸鉀的體積分?jǐn)?shù)為11 17時擁有高達(dá)IO5 IO6的相對介電常數(shù)。
具體實施例方式下面用具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不意味著對本發(fā)明內(nèi)容的任何限定。本發(fā)明實施例中所用粉末壓片機(jī)為天津市科器高新技術(shù)公司的769YP-24B型；離子濺射儀為北京中科科儀技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司的SBC-12型小型離子濺射儀；所用PVDF 為成都中氟化學(xué)品有限公司生產(chǎn)。實施例1 所用鉀鹽為K2CO3,將聚合物PVDF與K2CO3按照體積分?jǐn)?shù)89 11的比例配制好， 用電子天平稱其用量，然后加入20ml DMF溶解PVDF，在溶解后的PVDF液體中再加入K2CO3, 并超聲至K2CO3均勻分散在液體中使與PVDF發(fā)生反應(yīng)，得復(fù)合液體，再抽濾復(fù)合液體得到混合均勻的復(fù)合材料粉體；將復(fù)合材料粉體置于壓片機(jī)中經(jīng)SMI^a的壓力壓成直徑為10mm，厚度為0. 56mm的圓片；將獲得的圓片置于馬弗爐中，在80°C的溫度下熱處理2h，即制得聚合物-鉀鹽復(fù)合材料樣品；將得到的復(fù)合材料樣品表面用小型離子濺射儀鍍上金電極，即制得聚合物-鉀鹽復(fù)合材料，將其在空氣中靜置24h后，測試所得復(fù)合材料在IkHz下的電學(xué)性能。本實例PVDF與K2CO3體積分?jǐn)?shù)比為89 11所制備的復(fù)合材料，其相對介電常數(shù)見表1。表權(quán)利要求
1.一種具有高介電常數(shù)的聚合物-鉀鹽復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下工藝步驟(1)將聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)與鉀鹽按照體積分?jǐn)?shù)比IOO-X X計算出所需用量， 其比例中所述χ的范圍為1 99 ；(2)將步驟(1)算出的PVDF和鉀鹽的用量稱量好，然后用20 50ml有機(jī)溶液溶解 PVDF，在溶解后的PVDF液體中再加入鉀鹽，并超聲至鉀鹽均勻分散在聚偏氟乙烯液體中與其發(fā)生反應(yīng)，得復(fù)合液體；然后抽濾復(fù)合液體，得到復(fù)合材料粉體；(3)將步驟(2)中得到的復(fù)合材料粉體用冷干壓法經(jīng)10 20MPa壓力壓成直徑為10 20mm,厚度為0. 3 Imm的圓片；(4)將步驟(3)中得到的圓片置于馬弗爐中，在80 250°C的溫度下熱處理2 8h，即制得聚合物_鉀鹽復(fù)合材料樣品；(5)將步驟(4)中獲得的聚合物-鉀鹽復(fù)合材料樣品表面通過離子濺射儀濺射上金屬電極，即制得具有高介電常數(shù)的聚合物-鉀鹽復(fù)合材料，將其放置24小時后測試其介電性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述鉀鹽為碳酸鉀，或檸檬酸鉀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述有機(jī)溶液為N，N-二甲基甲酰胺 (DMF) ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述離子濺射儀濺射上的金屬電極為金電極。
5.一種權(quán)利要求1-4任一所述方法制備的聚合物聚偏氟乙烯與鉀鹽的復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料在鉀鹽的體積分?jǐn)?shù)為11 17時IkHz下其相對介電常數(shù)高達(dá)IO5 106。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有高介電常數(shù)聚合物-鉀鹽復(fù)合材料及其制備方法。該方法是將聚合物聚偏氟乙烯與鉀鹽按設(shè)計的體積分?jǐn)?shù)比計算出所需用量，然后用有機(jī)溶液溶解聚偏氟乙烯，在溶解后的聚偏氟乙烯液體中加入鉀鹽并超聲振蕩至鉀鹽均勻分散在所述聚偏氟乙烯液體中，得復(fù)合液體，接著加入酒精使PVDF從有機(jī)溶液中析出，并抽濾得到復(fù)合材料粉體；將制得的復(fù)合材料粉體經(jīng)冷壓成型后加溫處理成復(fù)合材料樣品，再在其樣品表面濺射金電極，即制得具有相對介電常數(shù)高達(dá)105～106的聚合物聚偏氟乙烯-鉀鹽復(fù)合材料。
文檔編號H01L21/312GK102157354SQ20101058134
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者朱基亮, 朱建國, 李緒海, 王明松, 肖定全 申請人:四川大學(xué)