一种自修复介电复合材料及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种自修复介电复合材料及其制作方法，该自修复介电复合材料采用自修复线性聚氨酯、多壁碳纳米管、氧化石墨烯、和N,N‑二甲基甲酰胺制作而成。本发明专利技术的自修复介电复合材料不仅表现出优异的机械性能，还具有高介电常数和低介电损耗等优点，并能够在机械损伤后加热下实现高效率的自修复。

Self repairing dielectric composite material and its making method

The invention discloses a self repair complex dielectric composite material and a preparation method of the self repair and complex dielectric composite, which is made of self repairing linear polyurethane, multi wall carbon nanotubes, graphene oxide, and N, N two methyl formamide. The self repair and complex dielectric composite of the invention not only shows excellent mechanical properties, but also has the advantages of high dielectric constant and low dielectric loss, and can realize high efficiency self repair under the heat of mechanical damage.

【技术实现步骤摘要】
一种自修复介电复合材料及其制作方法
本专利技术属于聚合物基复合材料领域，尤其涉及自修复介电复合材料及其制作方法。
技术介绍
近年来，随着微电子集成与组装技术的飞速发展，电子电路向小型化、轻量化、高功率密度及高度集成化方向进化，这对于材料的电性能、热性能和机械性能等综合性能提出了更高的要求。根据以往研究发现，提高材料的介电常数一般是通过向聚合物掺杂无机陶瓷填料或者是无机导电材料。然而掺杂陶瓷填料需要大的填充量，这也就影响了聚合物的本质性能。故利用导电填料的掺杂量接近于复合材料导电的渗流阈值来增大介电常数这一机理，可以实现在低填充量增大复合材料的介电常数。对于材料在使用过程中不可避免的会出现机械损伤，这会导致材料的性能下降，缩短其使用寿命。当复合材料的聚合物基底被赋予自修复性能，设计一种可修复的高介电低损耗的复合材料，即材料在受到机械损伤后能通过自修复来恢复其原始性能，这便可以解决了上述问题。2013年，上海交通大学江平开课题组设计了一种简单有效的方法制备高介电性能的GO-e-CNT-PU纳米复合材料用于能量存储。详见现有技术“ChaoWu,XingyiHuang,PingkaiJiangetal.Grapheneoxide-encapsulatedcarbonnanotubehybridsforhighdielectricperformancenanocompositeswithenhancedenergystoragedensity.Nanoscale,2013,5,3847-3855.”2014年，北京化工大学田明课题组利用简单有效的热压原位还原法制备了高介电常数低介电损耗的，且在低电场下驱动应变增高的TRG/TPU复合材料。详见现有技术“SutingLiu,MingTian,etal.Highperformancedielectricelastomersbypartiallyreducedgrapheneoxideanddisruptionofhydrogenbondingofpolyurethanes.Polymer,2014,DOI:10.1016/j.polymer.2014.11.012.”2016年，北京航空航天大学张佐光课题组设计了一种连续导电层(CNT-PVDF)夹于两个绝缘层的“三明治”结构的高介电聚合物复合材料。详见现有技术“ZhenchongZhang,YizhuoGu,ZuoguangZhangetal.Enhanceddielectricandmechanicalpropertiesinchlorine-dopedcontinuousCNTsheetreinforcedsandwichpolyvinylidenefluoridefilm.Carbon,2016,DOI:10.1016/j.carbon.2016.05.068.”2016年，宾夕法尼亚大学QingWang课题组设计了一种基于氢键超分子聚合物和表面改性的氮化硼介电复合材料，能够在机械损伤后恢复其各种性能。详见现有技术“LixinXing,QiLi,QingWangetal.Self-HealablePolymerNanocompositesCapableofSimultaneouslyRecoveringMultipleFunctionalities.Adv.Funct.Mater.2016,26,3524-3531.”虽然上述技术都表明在提高聚合物基复合材料的介电常数方面都取得了一定的进展，但对于降低填充物含量以及在机械损伤后实现多功能自修复仍是当前所面临的挑战。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种自修复介电复合材料及其制作方法，该材料不仅在低填充量下表现出优异的机械性能、高介电常数及低介电损耗等优点，且能在机械损伤后经过中温加热能恢复其原始性能。一种自修复介电复合材料，采用自修复线性聚氨酯、多壁碳纳米管、氧化石墨烯、和N,N-二甲基甲酰胺制作而成。优选地，自修复线性聚氨酯采用4,4’-亚甲基双(苯基异氰酸酯)、聚四氢呋喃、双(4-羟苯基)二硫醚和N,N-二甲基甲酰胺制作而成。优选地，所述的4,4’-亚甲基双(苯基异氰酸酯)、聚四氢呋喃和双(4-羟苯基)二硫醚的摩尔比为2～3:1:1～2，优选2:1:1，例如2:1:1、2.5:1:1.5和3:1:2等。优选地，所述多壁碳纳米管的长度为2μm～50μm。优选20μm～30μm，例如2μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm。优选地，所述氧化石墨烯的直径为0.05μm～100μm。优选0.1μm～20μm，例如0.05μm、0.1μm、1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm。上述DMF可以用4A型分子筛进行除水处理，在本专利技术中，DMF作为溶剂下其用量合适即可。本专利技术还提供了一种自修复介电复合材料的制作方法，包括如下步骤：S1、将4,4’-亚甲基双(苯基异氰酸酯)和聚四氢呋喃分别溶于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，分别得到4,4’-亚甲基双(苯基异氰酸酯)溶液和聚四氢呋喃溶液；S2、使所述4,4’-亚甲基双(苯基异氰酸酯)溶液和聚四氢呋喃溶液在惰性气体保护下反应；S3、将双(4-羟苯基)二硫醚溶于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，得到双(4-羟苯基)二硫醚溶液，并将所述双(4-羟苯基)二硫醚溶液加入步骤S2中的反应物中反应，得到自修复线性聚氨酯；S4、多壁碳纳米管和氧化石墨烯分别分散在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，分别形成多壁碳纳米管悬浊液和氧化石墨烯悬浊液；S5、将所述多壁碳纳米管悬浊液和氧化石墨烯悬浊液混合，利用超声波进行分散后加入所述自修复线性聚氨酯中，进行熔融共混；S6、将还原剂加入步骤S5中熔融共混后的体系进行反应，然后将溶剂加入所述体系中，然后进行烘干，得到反应产物；S7、将所述反应产物溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，得到反应产物溶液；S8、将所述反应产物溶液浇注在模板中，除去反应产物溶液中的溶剂后，得到自修复介电复合材料。优选地，所述步骤S2中：反应(加热)的温度为30℃～200℃，优选60℃～100℃，例如30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃；反应(加热)时间为60min～300min，优选200min～250min，例如60min、80min、100min、120min、140min、160min、180min、200min、220min、240min、260min、280min或300min。优选地，所述步骤S5中：熔融共混的温度为10℃～200℃，优选50℃～100℃，例如10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃；所述加热时间为60min～200min，优选120min～150min，例如60min、70min、80min、9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自修复介电复合材料，其特征是，采用自修复线性聚氨酯、多壁碳纳米管、氧化石墨烯、和N,N‑二甲基甲酰胺制作而成。

【技术特征摘要】
1.一种自修复介电复合材料，其特征是，采用自修复线性聚氨酯、多壁碳纳米管、氧化石墨烯、和N,N-二甲基甲酰胺制作而成。2.如权利要求1所述自修复介电复合材料，其特征是，自修复线性聚氨酯采用4,4’-亚甲基双(苯基异氰酸酯)、聚四氢呋喃、双(4-羟苯基)二硫醚和N,N-二甲基甲酰胺制作而成。3.如权利要求2所述自修复介电复合材料，其特征是，所述的4,4’-亚甲基双(苯基异氰酸酯)、聚四氢呋喃和双(4-羟苯基)二硫醚的摩尔比为2～3:1:1～2。4.如权利要求1所述自修复介电复合材料，其特征是，所述多壁碳纳米管的长度为2μm～50μm。5.如权利要求1所述自修复介电复合材料，其特征是，所述氧化石墨烯的直径为0.05μm～100μm。6.一种自修复介电复合材料的制作方法，其特征是，包括如下步骤：S1、将4,4’-亚甲基双(苯基异氰酸酯)和聚四氢呋喃分别溶于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，分别得到4,4’-亚甲基双(苯基异氰酸酯)溶液和聚四氢呋喃溶液；S2、使所述4,4’-亚甲基双(苯基异氰酸酯)溶液和聚四氢呋喃溶液在惰性气体保护下反应；S3、将双(4-羟苯基)二硫醚溶于N,N...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国平，凌磊，孙蓉，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44