介电复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种介电复合材料及其制备方法。上述介电复合材料的制备方法及介电复合材料，对钛酸钡颗粒表面进行羟基化处理，再加入含氟单体引发聚合得到具有核壳结构的改性钛酸钡，再将改性钛酸钡与偏二氟乙烯‑六氟丙烯共聚物配制得到静电纺丝溶剂，再利用静电纺丝的工艺得到介电复合材料。钛酸钡颗粒具有着很高的介电常数而偏二氟乙烯‑六氟丙烯共聚物有着良好的击穿性能，引入了含氟单体，这类单体分子链上均带有一定数量的氟原子与基体聚合物PVDF‑HFP类似，将这一类单体包覆在颗粒表面，起到了温和过渡的效果，可以增加颗粒与基体间的相容性，进而使得颗粒有着好的分散性，从而使得介电复合材料兼具有高介电常数、高击穿场强和低介电损耗。

【技术实现步骤摘要】
介电复合材料及其制备方法
本专利技术涉及介电材料制备
，特别是涉及介电复合材料及其制备方法。
技术介绍
介电材料具有良好的绝缘性能，而其最主要的用途是用于电容器的制备。电容器的原理是将介电材料置于电场之中，从而让其产生电极化响应，达到储存能量的目的。利用介电材料这一特点，其可以广泛应用在医疗器械、新能源汽车、脉冲武器、滤波器、期间储能等诸多方面。对于一种介电材料，想要获得较好的实际使用效果，则必须在具备高的介电常数同时，还要拥有高的击穿强度，低的介电损耗也是一个必备因素。但实际过程中，却很难实现三者统一，这是因为对于无机介电材料来说，虽然拥有高的介电常数但击穿强度偏低，例如BTO的介电常数可以达到102-104，击穿场强只有3kV/mm，聚合物材料则正好与之相反，如PVDF的介电常数只有10左右，而击穿场强可以达到600kv/mm，怎么将二者各自优点结合起来成为了人们提高材料性能探索的关键。无机与有机复合的方法可以较好的将这三者统一起来，通过无机填料与聚合物基体的结合，既利用了无机的高介电常数，又拥有了聚合物的高击穿场强，然后通过一些方法调节降低复合材料的介电损耗，这样就实现了材料介电性能的很好提升。但是在实验过程中，小尺寸无机颗粒主要是以填料的形式加入到聚合物基体，由于颗粒的尺寸一般在几十纳米级别，因而简单的将颗粒直接加入到聚合物中，颗粒由于比表面积太大，为了降低自身能量，会自发形成团聚现象，团聚产生的结果就会导致对材料施加电场时，会在团聚区域形成电场积聚，导致损耗的快速提升以及击穿场强的明显下降。复合材料具有诸多优点，但实际实现起来却有着许多较难克服的地方，其中最为主要的一点就是填料的分散问题，颗粒团聚会使材料性能极大降低，用该材料制备生产的电子器件根本无法使用，为了解决分散性所带来的影响，科研工作者在这一方面进行了诸多探索，并且已经有了一定的成果。最为简单的处理方式是将颗粒用双氧水进行处理，让颗粒表面带有一定数量的羟基(-OH)，可以在一定程度上提高颗粒分散性，但效果并不明显。美国康纳尔大学的EmmanuelP.Giannelis教授在2003年利用硅氧烷将BTO表面改性后添加到环氧树脂中，复合材料的介电常数达到45，高于环氧树脂的4，但是损耗相比于没有改性的BTO复合材料来说，却有了升高，有一定消极影响。加利福利亚大学的FrankG.Shi利用磷酸盐修饰BTO表面后，通过与P(VDF-CTFE)的复合，实现了37的介电常数，但击穿强度却发生了降低。因此，解决好无机填料在聚合物中的均匀分散问题，成为了复合材料获得高介电常数、高击穿场强、低介电损耗的关键。
技术实现思路
基于此，有必要针对介电材料难以兼具高介电常数、高击穿场强及低介电损耗，且有机填料用于提高介电材料的介电性能时难以实现较好的分散性的问题，提供一种介电复合材料及其制备方法。一种介电复合材料的制备方法，包括以下步骤：对钛酸钡颗粒进行表面羟基化处理；将经过表面羟基化处理的钛酸钡颗粒分散于溶剂中，并加入含氟单体及引发剂，使得含氟单体在钛酸钡颗粒表面发生聚合反应得到具有核壳结构的改性钛酸钡；将所述改性钛酸钡与偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物配制得到溶胶；及将所述溶胶成型得到所述介电复合材料。在其中一个实施方式中，采用双氧水对所述钛酸钡颗粒进行表面羟基化处理；所述表面羟基化处理的温度为30℃～100℃，所述表面羟基化处理的时间为100min～400min。在其中一个实施方式中，所述钛酸钡颗粒的粒径为5nm～200nm。在其中一个实施方式中，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；及/或，所述含氟单体选自三氟乙酯、六氟丁酯和十二氟庚酯中的至少一种；及/或，所述引发剂为选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种。在其中一个实施方式中，所述含氟单体与所述经过表面羟基化处理的钛酸钡颗粒的摩尔比为5:1～9:1；及/或，所述含氟单体与所述引发剂的摩尔比为200:1～400:1。在其中一个实施方式中，所述含氟单体在钛酸钡颗粒表面发生聚合反应后与丙酮混合得到反应液，再将所述反应液与所述偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物混合得到所述溶胶；所述丙酮与所述溶剂的体积比为9:1～1:9。在其中一个实施方式中，所述改性钛酸钡颗粒与所述偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物与所述改性钛酸钡颗粒的总量的质量比为1:100～20:200。在其中一个实施方式中，将所述溶胶成型得到所述介电复合材料的步骤具体包括：采用静电纺丝的方式将所述溶胶成型得到复合纤维丝；及对所述复合纤维丝进行热压得到所述介电复合材料。在其中一个实施方式中，所述采用静电纺丝的方式将所述溶胶成型得到复合纤维丝的步骤中，所述静电纺丝的电压为2kV～15kV，所述溶胶的推注速度为0.05mL/h～0.2mL/h，纺丝距离为5cm～40cm，滚筒转速为100rpm～1000rpm；及/或，所述对所述复合纤维丝进行热压得到所述介电复合材料的步骤中，热压温度为50℃～300℃，热压压强为2MPa～15MPa，热压时间为10min～60min。一种介电复合材料，根据上述的介电复合材料的制备方法制备得到。上述介电复合材料的制备方法及介电复合材料，先对钛酸钡颗粒表面进行羟基化处理，再加入含氟单体在钛酸钡颗粒表面引发聚合得到具有核壳结构的改性钛酸钡，再将改性钛酸钡与偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物配制得到静电纺丝溶剂，再利用静电纺丝的工艺及热压工艺制备得到介电复合材料。钛酸钡颗粒具有着很高的介电常数而偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物有着良好的击穿性能，为了降低二者之间的介电性能差异过大所带来的影响，引入了含氟单体，这类单体分子链上均带有一定数量的氟原子与基体聚合物PVDF-HFP类似，将这一类单体包覆在颗粒表面，起到了温和过渡的效果，可以增加颗粒与基体间的相容性，进而使得颗粒有着好的分散性，从而使得制备得到的介电复合材料兼具有高介电常数、高击穿场强和低介电损耗。附图说明图1为一实施方式的介电复合材料的制备方法的工艺流程图；图2为实施例1中制备得到的改性钛酸钡的透射电镜照片；图3为实施例1中制备得到的介电复合材料的断面的扫描电镜照片；图4为实施例1～3制备得到的介电复合材料的红外光谱图；图5为实施例1～3制备得到的介电复合材料的介电常数曲线；图6为实施例1～3制备得到的介电复合材料的极化曲线。具体实施方式下面将结合具体实施方式及附图对介电复合材料及其制备方法做进一步的详细说明。请参阅图1，一实施方式的介电复合材料的制备方法包括以下步骤：S110、对钛酸钡颗粒表面进行羟基化处理。在其中一个实施方式中，采用双氧水对钛酸钡(BTO)颗粒表面进行羟基化处理。进一步的，将钛酸钡颗粒与双氧水混合进行搅拌和加热处理。在其中一个实施方式中，进行搅拌的转速为300rpm～700rpm，进一步的，进行搅拌的转速还可以是500rpm；进行羟基化处理的温度为30℃～100℃，进一步的，进行羟基化处理的温度还可以是70℃；进行羟基化处理的时间为100min～400min，进一步的，进行羟基化处理的时间还可以是200min、250min或300min。在其中一个实施方式中，钛酸钡颗粒的粒径为5nm～200nm，进一步的，钛酸钡颗粒的粒径为20nm、50nm或100nm。颗粒尺寸的越小，比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种介电复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对钛酸钡颗粒进行表面羟基化处理；将经过表面羟基化处理的钛酸钡颗粒分散于溶剂中，并加入含氟单体及引发剂，使得含氟单体在钛酸钡颗粒表面发生聚合反应得到具有核壳结构的改性钛酸钡；将所述改性钛酸钡与偏二氟乙烯‑六氟丙烯共聚物配制得到溶胶；及将所述溶胶成型得到所述介电复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种介电复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对钛酸钡颗粒进行表面羟基化处理；将经过表面羟基化处理的钛酸钡颗粒分散于溶剂中，并加入含氟单体及引发剂，使得含氟单体在钛酸钡颗粒表面发生聚合反应得到具有核壳结构的改性钛酸钡；将所述改性钛酸钡与偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物配制得到溶胶；及将所述溶胶成型得到所述介电复合材料。2.根据权利要求1所述的介电复合材料的制备方法，其特征在于，采用双氧水对所述钛酸钡颗粒进行表面羟基化处理；所述表面羟基化处理的温度为30℃～100℃，所述表面羟基化处理的时间为100min～400min。3.根据权利要求1所述的介电复合材料的制备方法，其特征在于，所述钛酸钡颗粒的粒径为5nm～200nm。4.根据权利要求1所述的介电复合材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；及/或，所述含氟单体选自三氟乙酯、六氟丁酯和十二氟庚酯中的至少一种；及/或，所述引发剂为选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种。5.根据权利要求1所述的介电复合材料的制备方法，其特征在于，所述含氟单体与所述经过表面羟基化处理的钛酸钡颗粒的摩尔比为5:1～9:1；及/或，所述含氟单体与所述引发剂的摩尔比为200:1～400:1。6.根据权利要求1所述的介电复合材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈洋，张涛，南策文，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44