基于核壳结构三维骨架的聚合物基高介电复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于核壳结构三维骨架的聚合物基高介电复合材料的制备方法,涉及高介电复合材料技术领域，制备过程包括：泡沫镍预处理、泡沫镍/钛酸钡复合材料的制备和聚合物基高介电复合材料的制备，其中，聚合物基高介电复合材料分为泡沫镍/钛酸钡/环氧树脂、氧化镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料和氧化镍(镍)/钛酸钡/环氧树脂复合材料三种。本发明专利技术制得的聚合物基高介电复合材料，能在损耗低于0.1的情况下获得高达8000的介电常数，且可方便地通过调整电泳沉积量、烧结温度和氧化温度改变介电常数和损耗，具有制备方法简单、易于操作，适用性和实用性强等优势。

Fabrication of polymer-based high dielectric composites based on three-dimensional core-shell framework

The invention discloses a preparation method of a polymer based high dielectric composite material based on a core shell structure three-dimensional skeleton, which relates to the technical field of high dielectric composite materials. The preparation process comprises: foam nickel pretreatment, preparation of foam nickel / barium titanate composite material and preparation of polymer based high dielectric composite material, wherein the polymer based high dielectric composite material is divided into foam nickel / barium titanate / ring. Oxygen resin, nickel oxide/barium titanate/epoxy resin composite and nickel oxide (nickel)/barium titanate/epoxy resin composite. The polymer-based high dielectric composite prepared by the invention can obtain up to 8000 dielectric constant when the loss is less than 0.1, and can conveniently change the dielectric constant and loss by adjusting the electrophoretic deposition amount, sintering temperature and oxidation temperature. It has the advantages of simple preparation method, easy operation, strong applicability and practicability.

【技术实现步骤摘要】
基于核壳结构三维骨架的聚合物基高介电复合材料的制备方法
本专利技术涉及高介电复合材料
，尤其涉及一种基于核壳结构三维骨架的聚合物基高介电复合材料的制备方法。
技术介绍
高介电复合材料广泛应用于滤波器、传感器、天线以及储能器件等，随着电子器件向高度集成化趋势发展，需要大幅度提高现有介电材料的介电常数，同时保持低损耗。鉴于高分子材料具有介电损耗低、击穿场强高和易加工成型等优点，高分子基高介电复合材料成为国内外研究的热点。目前，提高高分子复合材料介电常数的途径主要有两种：(1)在绝缘高分子基体中引入高介电填料，既可提高偶极子浓度又可增加界面，从而提高极化强度和介电常数；(2)在绝缘高分子基体中引入导电填料，利用逾渗效应大幅地提高界面极化和介电常数。提高高分子复合材料介电常数存在的问题有：通过在高分子基体中添加高介电陶瓷相，虽然可以提高介电常数，但是只有当陶瓷相含量很高时，介电常数才有较为明显的提高，这导致材料力学性能和加工性能大幅度下降，且损耗大幅升高；通过在绝缘高分子基体中加入导电相可以获得远高于基体的介电常数，但是导电相的存在会导致损耗显著增加。综上所述，如何使高分子基介电复合材料在保持低损耗的同时还能获得显著提升的介电常数，仍然是高介电材料研究领域面临的难题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于核壳结构三维骨架的聚合物基高介电复合材料的制备方法，获得同时具有高介电和低损耗的高介电复合材料。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种基于核壳结构三维骨架的聚合物基高介电复合材料的制备方法，制备过程包括：制备过程包括：泡沫镍预处理、泡沫镍/钛酸钡复合材料的制备和聚合物基高介电复合材料的制备，其中，聚合物基高介电复合材料分为泡沫镍/钛酸钡/环氧树脂、氧化镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料和氧化镍(镍)/钛酸钡/环氧树脂复合材料三种。进一步地，氧化镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料的制备过程，还包括氧化镍/钛酸钡复合材料的制备，且氧化温度高于900℃。进一步地，氧化镍(镍)/钛酸钡/环氧树脂复合材料的制备过程，还包括氧化镍(镍)/钛酸钡复合材料的制备，且氧化温度低于900℃。进一步地，泡沫镍预处理步骤：(1)将泡沫镍修剪成2cm×2cm的块状，放入烧杯中，加入丙酮溶液浸没泡沫镍超声清洗30min；(2)倒掉丙酮溶液后加入去离子水，继续超声15min；(3)再加入无水乙醇超声15min进行清洗。进一步地，泡沫镍/钛酸钡复合材料的制备步骤：(1)将0.8-1.0g钛酸钡粉末和0.5-0.7g聚乙烯亚胺(PEI)加入烧杯中，再加入50mL异丙醇，室温下搅拌4h，随后超声30min，获得分散均匀的钛酸钡混合溶液；(2)利用直流电源进行电泳沉积，两个铂片作为正极，预处理后的泡沫镍作为负极，泡沫镍和铂片之间的间距是17mm，，在40V电压下沉积20min；(3)再在氮气氛围下，控制烧结温度700℃-1300℃，烧结2h，即可得到一系列不同烧结温度的泡沫镍/钛酸钡复合材料。进一步地，泡沫镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料的制备：将上述电泳沉积制得的一系列不同烧结温度的泡沫镍/钛酸钡复合材料置于模具中，注入环氧树脂的混合溶液，在100℃下固化6h，得到一系列泡沫镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料。进一步地，氧化镍/钛酸钡/环氧树脂和氧化镍(镍)/钛酸钡/环氧树脂复合材料的制备步骤：将电泳沉积制得的泡沫镍/钛酸钡复合材料在氮气气氛下1300℃高温煅烧2h，再在空气氛围下，控制氧化温度300-1300℃，使镍部分或者全部转换成氧化镍，镍部分氧化时制得氧化镍(镍)/钛酸钡复合材料，镍全部氧化时制得氧化镍/钛酸钡复合材料。进一步地，将上述制得的氧化镍/钛酸钡复合材料和氧化镍(镍)/钛酸钡复合材料置于模具中，注入环氧树脂的混合溶液，在100℃下固化6h，得到氧化镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料或氧化镍(镍)/钛酸钡/环氧树脂复合材料。进一步地，环氧树脂的混合溶液的配制方法：将环氧树脂、4-甲基四氢苯酐和2-乙基-4-甲基咪唑三者按照重量比10:8:0.1进行混合，其中，环氧树脂8-14g，4-甲基四氢苯酐6.4-11.2g，2-乙基-4-甲基咪唑0.08-0.14g，先在50℃下搅拌30min，再在70℃下搅拌30min，配成环氧树脂的混合溶液。本专利技术的有益效果是，1、通过电泳沉积技术在泡沫镍孔壁上沉积一层钛酸钡陶瓷层，并通过控制电泳沉积参数，如控制电泳沉积的电压、沉积的时间、以及BaTiO3的浓度的大小，可以控制电泳沉积的量，从而获得不同厚度的陶瓷层；2、通过对该核壳结构多孔金属陶瓷分别在氮气和空气气氛中进行一定时间和温度的煅烧并浸渍填充环氧树脂，获得具有不同成分和微观结构的聚合物基高介电复合材料。本专利技术制得的聚合物基高介电复合材料，能在损耗低于0.1的情况下获得高达8000的介电常数，且可方便地通过调整电泳沉积量、烧结温度和氧化温度改变介电常数和损耗，具有制备方法简单、易于操作，适用性和实用性强等优势。附图说明图1为本专利技术的实验流程示意图；图2为不同烧结温度的泡沫镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料的介电常数(频散)曲线；图3为不同烧结温度的泡沫镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料的损耗频散曲线；图4为泡沫镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料的介电常数随烧结温度的变化曲线；图5为泡沫镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料的介电损耗随烧结温度的变化曲线；图6为不同氧化温度的聚合物基高介电复合材料的介电常数曲线；图7为不同氧化温度的聚合物基高介电复合材料的损耗频散曲线；图8为聚合物基高介电复合材料的介电常数随泡沫镍氧化温度的变化曲线；图9为聚合物基高介电复合材料的介电损耗随泡沫镍氧化温度的变化曲线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1基于核壳结构三维骨架的聚合物基高介电复合材料的制备方法，泡沫镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料的制备过程：一、泡沫镍预处理步骤：(1)将泡沫镍修剪成2cm×2cm的块状，放入烧杯中，加入丙酮溶液浸没泡沫镍超声清洗30min；(2)倒掉丙酮溶液后加入去离子水，继续超声15min；(3)再加入无水乙醇超声15min进行清洗。二、泡沫镍/钛酸钡复合材料的制备步骤：(1)将1.0g钛酸钡粉末和0.7g聚乙烯亚胺(PEI)加入烧杯中，再加入50mL异丙醇，室温下搅拌4h，随后超声30min，获得分散均匀的钛酸钡混合溶液；(2)利用直流电源进行电泳沉积，两个铂片作为正极，预处理后的泡沫镍作为负极，泡沫镍和铂片之间的间距是17mm，，在40V电压下沉积20min；(3)再在氮气氛围下，控制烧结温度700℃，烧结2h，即可得到烧结温度700℃的泡沫镍/钛酸钡复合材料。三、泡沫镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料的制备：将上述电泳沉积制得的烧结温度700℃的泡沫镍/钛酸钡复合材料置于模具中，注入环氧树脂的混合溶液，在100℃下固化6h，得到烧结温度700℃的泡沫镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料。环氧树脂的混合溶液的配制方法：将环氧树本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于核壳结构三维骨架的聚合物基高介电复合材料的制备方法，其特征在于，制备过程包括：泡沫镍预处理、泡沫镍/钛酸钡复合材料的制备和聚合物基高介电复合材料的制备，其中，聚合物基高介电复合材料分为泡沫镍/钛酸钡/环氧树脂、氧化镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料和氧化镍(镍)/钛酸钡/环氧树脂复合材料三种。

【技术特征摘要】
1.一种基于核壳结构三维骨架的聚合物基高介电复合材料的制备方法，其特征在于，制备过程包括：泡沫镍预处理、泡沫镍/钛酸钡复合材料的制备和聚合物基高介电复合材料的制备，其中，聚合物基高介电复合材料分为泡沫镍/钛酸钡/环氧树脂、氧化镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料和氧化镍(镍)/钛酸钡/环氧树脂复合材料三种。2.如权利要求1所述的基于核壳结构三维骨架的聚合物基高介电复合材料的制备方法，其特征在于，氧化镍/钛酸钡/环氧树脂复合材料的制备过程，还包括氧化镍/钛酸钡复合材料的制备，且氧化温度高于900℃。3.如权利要求2所述的基于核壳结构三维骨架的聚合物基高介电复合材料的制备方法，其特征在于，氧化镍(镍)/钛酸钡/环氧树脂复合材料的制备过程，还包括氧化镍(镍)/钛酸钡复合材料的制备，且氧化温度低于900℃。4.如权利要求1或2或3所述的基于核壳结构三维骨架的聚合物基高介电复合材料的制备方法，其特征在于，泡沫镍预处理步骤：(1)将泡沫镍修剪成2cm×2cm的块状，放入烧杯中，加入丙酮溶液浸没泡沫镍超声清洗30min；(2)倒掉丙酮溶液后加入去离子水，继续超声15min；(3)再加入无水乙醇超声15min进行清洗。5.如权利要求4所述的基于核壳结构三维骨架的聚合物基高介电复合材料的制备方法，其特征在于，泡沫镍/钛酸钡复合材料的制备步骤：(1)将0.8-1.0g钛酸钡粉末和0.5-0.7g聚乙烯亚胺(PEI)加入烧杯中，再加入50mL异丙醇，室温下搅拌4h，随后超声30min，获得分散均匀的钛酸钡混合溶液；(2)利用直流电源进行电泳沉积，两个铂片作为正极，预处理后的泡沫镍作为负极，泡沫镍和铂片之间的间距是17mm，在40V电压下沉积20min；(3)再在氮气氛围下，控制烧结温...

【专利技术属性】
技术研发人员：史志成，朱晓彤，杨洁，左衡，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37