一种聚四氟乙烯基复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种聚四氟乙烯基复合材料，包括聚四氟乙烯以及分散于其中的Ag@TiO2，所述Ag@TiO2为TiO2包覆纳米银颗粒的核壳结构颗粒，其中，所述纳米银颗粒与所述TiO2的摩尔比为1:10～1:4，所述TiO2为金红石型，所述Ag@TiO2在所述复合材料中的体积分数为30％～70％，其粒径小于600nm。本发明专利技术还公开了该复合材料的制备方法与应用。本发明专利技术通过在聚四氟乙烯中填充Ag@TiO2，制备了一种具有较高的相对介电常数的复合材料，同时通过调节Ag@TiO2在材料中的比例，可以根据需求优化材料的介电性能，具有广泛的工程实用性。

Polytetrafluoroethylene composite material and preparation method and application thereof

The present invention discloses a kind of PTFE composites, including PTFE and Ag@TiO2 dispersed therein, core-shell structure particles, wherein the Ag@TiO2 is coated with TiO2 nano silver particles in which the molar ratio of silver nanoparticles and the TiO2 is 1:10 to 1:4, the TiO2 is a rutile type, volume fraction the Ag@TiO2 in the composite is 30% ~ 70%, the particle size of less than 600nm. The invention also discloses a preparation method and application of the composite material. The present invention by filling Ag@TiO2 in PTFE, composite material with a high relative dielectric constant were prepared, and by adjusting the proportion of Ag@TiO2 in the material, according to the dielectric properties of materials demand optimization, has extensive practical engineering.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机/无机复合材料领域，更具体地，涉及一种聚四氟乙烯基复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
聚合物基复合介电材料是以有机聚合物为基体，将具有高相对介电常数或易极化的微纳米尺寸无机颗粒或其它有机物作为填充物复合而成，综合了无机材料的高介电性能，同时还兼备聚合物的粘结性、韧性、易加工性，在信息和微电子工业等领域具有广泛应用。该领域的研究与应用的关键是材料合成路线的设计与性能的有机结合，聚合物基体与表面修饰无机颗粒界面的良好作用，使其具有优良的介电特性。目前聚合物基复合介电材料的无机颗粒添加物主要有金属氧化物、金属纳米颗粒以及核壳结构颗粒。电子科技大学肖勇等人研究了金红石TiO2复合PTFE对其介电性能的影响(参见《TiO2含量对PTFE/TiO2微波介质复合材料性能的影响》肖勇，吴孟强，袁颖，庞翔，陈黎，童启铭，压电与声光，1004-2474(2012)05-0768-04)，通过填充金红石型TiO2而提高复合材料的介电常数。复合介电材料在1000Hz下的相对介电常数为5～12，改善比较有限，同时，当金红石型TiO2的质量分数超过60％时，部分TiO2颗粒会发生团聚，这会影响材料的机械性能。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术通过将Ag@TiO2核壳结构颗粒分散于聚四氟乙烯，制备出了一种具有高相对介电常数的复合材料。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种聚四氟乙烯基复合材料，包括聚四氟乙烯以及Ag@TiO2，所述Ag@TiO2为金红石型TiO2包覆纳米银颗粒的核壳结构颗粒，其粒径小于600nm，其中，所述纳米银颗粒与所述金红石型TiO2的摩尔比为1:10～1:4，所述Ag@TiO2以30％～70％的体积分数分散于所述复合材料中，使得所述复合材料在1000Hz下的相对介电常数为15～95。优选地，所述纳米银颗粒的粒径为50nm～120nm。优选地，所述金红石型TiO2的相对介电常数为80～110。优选地，所述Ag@TiO2的粒径小于400nm。优选地，所述纳米银颗粒与所述金红石型TiO2的摩尔比为3:20～1:5。按照本专利技术的另一方面，还提供了该复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)以Ag@TiO2的质量为100份计，将0.05份～20份的微纤维、0.05份～20份的硅烷偶联剂，以及所述Ag@TiO2共同分散于溶剂中，得到反应混合物；其中，所述Ag@TiO2为金红石型TiO2包覆纳米银颗粒的核壳结构颗粒，其粒径小于1μm，所述纳米银颗粒与金红石型TiO2的摩尔比为1:10～1:4，所述溶剂为醇或者水；(2)球磨所述反应混合物，使得所述微纤维和硅烷偶联剂均匀附着于所述Ag@TiO2表面，然后将所述Ag@TiO2烘干，筛分取粒径小于600nm的Ag@TiO2备用；(3)将步骤(2)得到的所述Ag@TiO2在液体醇中充分分散后，与聚四氟乙烯乳液混合，使得聚四氟乙烯与所述Ag@TiO2的体积比为3:7～7:3；搅拌直至Ag@TiO2与聚四氟乙烯乳液混合均匀，且液体醇挥发得到复合材料浆料；所述聚四氟乙烯乳液为聚四氟乙烯的质量分数为30％～80％的水分散液；(4)将所述步骤(3)得到的复合材料浆料在200℃～300℃烘干，然后粉碎得到粒径小于10μm的复合材料颗粒。优选地，上述方法还包括步骤(5)，将所述步骤(4)得到的复合材料颗粒压制成型，并在350℃～380℃固化，即得到所述复合材料。作为进一步优选地，所述步骤(5)中，压制成型所用的压力为10MPa～20MPa。优选地，所述步骤(1)中的微纤维为玻璃微纤维或者高分子聚合物微纤维。作为进一步优选地，所述微纤维的直径小于600nm。优选地，所述步骤(1)中的溶剂为乙醇或者异丙醇。优选地，所述步骤(2)中球磨的转速为300r/min～360r/min，球磨时间为4h～8h。优选地，所述步骤(4)中，将所述步骤(3)得到的复合材料浆料在250℃～270℃烘干。优选地，所述步骤(1)中Ag@TiO2核壳微粒的制备方法如下：(1)选取银前驱体，所述银前驱体为粒径为50nm～120nm的纳米银颗粒在乙醇中的悬浊液；同时选取TiO2前驱体，所述TiO2前驱体包括20vol.％～40vol.％的钛酸四丁酯、1vol.％～2vol.％的乙酰丙酮以及57vol.％～79vol.％的溶剂，所述溶剂由体积比为1:1～3:1的乙醇和冰乙酸组成；(2)将步骤(1)中所述悬浊液与所述钛酸四丁酯乳浊液混合得到反应液，使得所述反应液中，银粉与钛酸四丁酯的化学计量数之比为1:10～1:4；(3)向所述反应液中滴加体积比为反应物体积的1:2～1:1的80％～90％的乙醇溶液，使得钛酸四丁酯充分水解为TiO2并包覆所述纳米银颗粒，得到TiO2包覆纳米银颗粒的核壳结构颗粒；(4)将步骤(3)得到的所述TiO2包覆纳米银颗粒的核壳结构颗粒研磨为粒径小于10μm的颗粒，700℃～900℃煅烧120min～180min，使得所述TiO2由锐钛矿型转换为金红石型，即得到所需Ag@TiO2。按照本专利技术的另一方面，还提供了该复合材料在电容器、介质谐振腔、介质基板、介质天线或者介质波导线路中的应用。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于利用Ag@TiO2核壳颗粒对聚四氟乙烯进行填充，具有以下有益效果：1、利用Ag与TiO2相复合得到的Ag@TiO2核壳颗粒作为填充材料，利用了纳米银颗粒的微电容效应，提高了复合材料的相对介电常数；复合材料在1000Hz下的相对介电常数为15～95，与现有技术相比有明显提高；2、将TiO2包覆于纳米银颗粒的表面，不仅能增加纳米银颗粒的分散性，还可以阻止纳米银颗粒之间导电通路的形成，降低了复合材料的漏电流；3、复合材料的制备过程中，利用微纤维和硅烷偶联剂改善了填充材料的分散性，使得Ag@TiO2的体积分数为70％时，仍然不发生团聚，从而改善了复合材料的机械强度，具有更好的工程实用性。附图说明图1是实施例1制备的Ag@TiO2核壳微粒XRD衍射图谱；图2是实施例2制备的复合介电材料的电子扫描电镜(SEM)照片；图3是实施例2-6制备的复合介电材料的相对介电常数与频率的关系；图4是实施例2-6制备的复合介电材料的介电损耗与频率的关系。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种聚四氟乙烯基复合材料，包括聚四氟乙烯以及分散于其中的Ag@TiO2，所述Ag@TiO2为金红石型TiO2包覆纳米银颗粒的核壳结构颗粒，其中，所述纳米银颗粒与所述金红石型TiO2的摩尔比为1:10～1:4，所述纳米银颗粒的粒径优选为50nm～120nm，所述Ag@TiO2在所述复合材料中的体积分数为30％～70％，其粒径小于600nm，优选为小于400nm。当Ag@TiO2的体积分数为30％～50％时，所述复合材料具有较高的相对介电常数，当Ag@TiO2的体积分数为5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚四氟乙烯基复合材料，其特征在于，包括聚四氟乙烯以及Ag@TiO2，所述Ag@TiO2为金红石型TiO2包覆纳米银颗粒的核壳结构颗粒，其粒径小于600nm，其中，所述纳米银颗粒与所述金红石型TiO2的摩尔比为1:10～1:4，所述Ag@TiO2以30％～70％的体积分数分散于所述复合材料中，使得所述复合材料在1000Hz下的相对介电常数为15～95。

【技术特征摘要】
1.一种聚四氟乙烯基复合材料，其特征在于，包括聚四氟乙烯以及Ag@TiO2，所述Ag@TiO2为金红石型TiO2包覆纳米银颗粒的核壳结构颗粒，其粒径小于600nm，其中，所述纳米银颗粒与所述金红石型TiO2的摩尔比为1:10～1:4，所述Ag@TiO2以30％～70％的体积分数分散于所述复合材料中，使得所述复合材料在1000Hz下的相对介电常数为15～95。2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述纳米银颗粒的粒径为50nm～120nm。3.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述纳米银颗粒与所述金红石型TiO2的摩尔比为3:20～1:5。4.如权利要求1所述复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以Ag@TiO2的质量为100份计，将0.05份～20份的微纤维、0.05份～20份的硅烷偶联剂，以及所述Ag@TiO2共同分散于溶剂中，得到反应混合物；其中，所述Ag@TiO2为金红石型TiO2包覆纳米银颗粒的核壳结构颗粒，其粒径小于1μm，所述纳米银颗粒与金红石型TiO2的摩尔比为1:10～1:4，所述溶剂为醇或者水；(2)球磨所述反应混合物，使得所述微纤维和硅烷偶联剂均匀附着于所述Ag@TiO2表面，然后将所述Ag@TiO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁飞，张路，吕文中，范桂芬，王晓川，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42