具有高介电常数的介电材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种高介电常数的介电材料的制备方法，采用热固性树脂预聚物、固化剂、热塑性聚合物及溶剂混合均匀，然后再加入无机填料及分散剂进一步混合均匀后，涂布在基材上，烘干、固化，溶剂挥发除去，该热固性树脂预聚物发生固化，随着热固性树脂的固化，热塑性聚合物在其中的相容性变差，从该热固性树脂的连续相中析出，形成不均匀的两相结构、微相分离体系，界面极化，可以大幅提高介电常数。

Dielectric materials with high dielectric constant and their preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
具有高介电常数的介电材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及新材料技术，属于柔性薄膜电容
，尤其涉及一种具有高介电常数的介电材料及其制备方法，以及其在柔性薄膜电容中的应用。
技术介绍
随着电子技术的发展，电子产品逐渐向小型化和超薄化发展，分离式的电子元器件已越来越不能满足电子技术的发展。埋容技术是在印刷电路板(PCB)制作过程中，将平面薄膜电容导入到该PCB板中形成包埋电容。该种技术可以有效节约PCB板面空间、减少分立式电容存在的互感寄生现象、有效改善PCB板信号传输质量，因此有希望替代分离式电容器件。在这一技术中，平面薄膜电容是核心元件，由第一金属层、介电材料层和第二金属层复合而成，其中最关键的是介于两个金属层中间的该介电材料层。该介电材料层的主要作用有：首先，填充在所述第一金属层及该第二金属层之间，起到增加平面电容密度的作用；其次，将该第一和第二金属层粘结在一起，形成平面薄膜电容。可以理解，如果无法形成牢固的粘结，两个金属层将无法聚集在一起，将无法形成有使用价值的平面薄膜电容。聚合物材料可同时满足上述两项要求，是平面薄膜电容理想的候选介电材料。然而，单一聚合物的缺点是高分子聚合物介电常数低，由其形成的平面薄膜电容无法获得高的电容密度，因此需要埋入很大面积的平面薄膜电容材料才能得到大容值。因此在作为平面薄膜电容应用时，需要提高聚合物介电材料的介电常数，以此来提高材料的电容密度，降低获得单位电容需要埋入的电容材料面积大小，以提高埋容密度。介电常数表示介电材料中储存电荷的能力。电容C和介电常数ε的关系为：其中ε0表示自由空间的介电常数(8.854×10-12F/m)，S表示导体的面积，d表示介电材料层的厚度，εγ表示介电材料层的介电常数。可以看出，在导体面积一定的情况下，介电材料层的介电常数εγ越大，电容量C越大；介电材料层的厚度d越薄，电容量C越大。为了提高聚合物的介电常数，常用的方法是在聚合物中添加高介电常数的无机陶瓷材料，通过有机无机复合的方式来提高聚合物的介电常数。通过有机无机复合，聚合物的介电常数可以从4～12提高到30～100。但加入无机填料后，聚合物对金属薄膜的粘附力会受到影响。例如，需要开发介电常数为50的聚合物复合材料，在常规的聚合物(ε树脂＝4～5)中需要填充约41.2％(v/v)高介电陶瓷(ε陶瓷＝2000)。换算成质量分数后，介电材料中约有80％wt为无机陶瓷材料，在如此高的介电陶瓷材料填充下，介电材料已经失去对金属薄膜良好的附着力。因此如何平衡介电性能和力学性能，是开发高介电材料的技术难点。
技术实现思路
有鉴于此，提供一种具有高介电常数的介电材料及其制备方法，以及提供一种使用该高介电常数的介电材料的柔性薄膜电容，由此实现介电性能和力学性能的平衡就显得至关重要。根据本专利技术的一个方法，提供一种具有高介电常数的介电材料的制备方法，包括如下步骤：将热固性树脂预聚物、热塑性聚合物和固化剂溶解在溶剂中，形成有机聚合物溶液；在该有机聚合物溶液中加入无机填料及可选的分散剂，将该无机填料均匀分散在该有机聚合物溶液中，形成均匀的二元聚合物基分散溶液；以及将该二元聚合物基分散溶液涂布在基材的表面，烘干、固化，得到具有高介电常数的介电材料。根据本专利技术的一个实施例，以该有机聚合物溶液的总重量为基准，该热固性树脂预聚物占比20～50wt％，该热塑性聚合物占比5～25wt％，该溶剂占比20～40wt％，该固化剂占比为5～30wt％。根据本专利技术的一个实施例，该热固性树脂预聚物为低分子量预聚物，选自不饱和聚酯、环氧树脂、丙烯酸树脂、羟基丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺等中的一种或多种；该固化剂选自胺类固化剂、酸酐类固化剂及异氰酸酯固化剂中的一种或几种；该溶剂选自以下物质中的一种或几种：乙酸乙酯、乙酸丁酯、无水乙醇、丁醇、丙醇、二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、丁酮、丙酮、戊酮、甲苯及二甲苯；和/或该热塑性聚合物选自聚氨酯、纤维素及其衍生物、聚偏氟乙烯及聚醚酰亚胺中的一种或多种。根据本专利技术的一个实施例，在该有机聚合物溶液的制备过程中，该热固性树脂预聚物与该固化剂先混合成混合溶液，再与热塑性聚合物及溶剂混合，形成该有机聚合物溶液。根据本专利技术的一个实施例，以该二元聚合物基分散溶液的总重量为基准，在该分散溶液中，该有机聚合物溶液占比40～60wt％，无机填料占比35～60wt％，该分散剂占比0～3wt％。根据本专利技术的一个实施例，无机填料为球形粉末，粒径D50＝50-100nm，介电常数≥1000，介电损耗≤0.05，选自以下物质中的一种或几种：钛酸钡纳、钛酸钡、钛酸铜钙、钛酸锶、钛酸锶钡、钛酸钙、钛酸钙钡、锆钛酸铅、钛酸铅纳、及钛酸铅；和/或该分散剂选自以下物质中的一种几种：多胺加成物、羧基低聚物、含磷酸聚合物、氨基聚合物、及羧酸盐聚合物。根据本专利技术的一个实施例，该烘干温度为80-120℃，时间为10～20min。根据本专利技术的另一方面，提供一种由上述制备方法制备而成的具有高介电常数的介电材料，该介电材料是由所述二元聚合物基分散溶液通过烘干、固化制备而成的微相分离体系，由70～80wt％的有机聚合物基体和20～30wt％的无机填料组成。根据本专利技术的一个实施例，该有机聚合物基体由该热固性树脂预聚物固化后的热固性树脂、以及该热塑性聚合物组成，以该有机聚合物基体的总重量计，该热固性树脂占比60～80wt％，该热塑性聚合物占比20～40wt％。根据本专利技术的再一方面，提供一种柔性薄膜电容，包括第一金属薄膜、第二金属薄膜、以及夹在该第一金属薄膜和该第二金属薄膜之间的介电材料层，该介电材料层是由上述制备方法制备而成的介电材料构成。采用本专利技术的方案，通过采用介电常数差异较大的热固性树脂预聚物和热塑性聚合物，在烘干溶剂时，该热固性树脂预聚物受热发生聚合，分子量增加，与热塑性聚合物的相容性变差，热塑性聚合物从该热固性树脂预聚物的连续相中析出，形成不均匀的两相结构。与现有的技术相比，本专利技术的介电材料中，有机聚合物基体材料由不相容的两种聚合物共混形成，微相分离后通过界面极化机理，大幅提高有机聚合物基体材料介电常数。由于有机聚合物基体材料的介电常数得到了提高，一方面，在相同无机填料添加量的情况下，本专利技术制备的介电材料具有更高介电常数；另一方面，使用含量较低的无机填料填充，即可制备具有高介电常数的介电材料，有利于解决获得高介电常数与良好的力学性能之间的冲突，实现两者的平衡。进一步地，在此高介电常数介电材料基础上制备柔性薄膜电容，该电容具有很高地储能密度，同时兼具良好的的使用性能。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对本专利技术进行详细说明。应理解，下述实施例仅用于说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高介电常数的介电材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/n将热固性树脂预聚物、热塑性聚合物和固化剂溶解在溶剂中，形成有机聚合物溶液；/n在该有机聚合物溶液中加入无机填料及可选的分散剂，将该无机填料均匀分散在该有机聚合物溶液中，形成均匀的二元聚合物基分散溶液；以及/n将该二元聚合物基分散溶液涂布在基材的表面，烘干、固化，得到具有高介电常数的介电材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有高介电常数的介电材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将热固性树脂预聚物、热塑性聚合物和固化剂溶解在溶剂中，形成有机聚合物溶液；
在该有机聚合物溶液中加入无机填料及可选的分散剂，将该无机填料均匀分散在该有机聚合物溶液中，形成均匀的二元聚合物基分散溶液；以及
将该二元聚合物基分散溶液涂布在基材的表面，烘干、固化，得到具有高介电常数的介电材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：以该有机聚合物溶液的总重量为基准，该热固性树脂预聚物占比20～50wt％，该热塑性聚合物占比5～25wt％，该溶剂占比20～40wt％，该固化剂占比为5～30wt％。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：该热固性树脂预聚物为低分子量预聚物，选自不饱和聚酯、环氧树脂、丙烯酸树脂、羟基丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺等中的一种或多种；
该固化剂选自胺类固化剂、酸酐类固化剂及异氰酸酯固化剂中的一种或几种；
该溶剂选自以下物质中的一种或几种：乙酸乙酯、乙酸丁酯、无水乙醇、丁醇、丙醇、二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、丁酮、丙酮、戊酮、甲苯及二甲苯；和/或
该热塑性聚合物选自聚氨酯、纤维素及其衍生物、聚偏氟乙烯及聚醚酰亚胺中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在该有机聚合物溶液的制备过程中，该热固性树脂预聚物与该固化剂先混合成混合溶液，再与热塑性聚合物及溶剂混合，形成该有机聚合物溶液。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰，刘侠侠，陶玉红，李露，卢星华，袁启斌，
申请(专利权)人：深圳市峰泳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44