基于亚微米陶瓷填料耐高温的复合薄膜材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了基于亚微米陶瓷填料耐高温的复合薄膜材料及其制备方法。薄膜电容器在电子信息领域使用，会有大量热排出，需要承受一定温度，如可以在70℃下，可以长时间工作等。本发明专利技术一种基于亚微米陶瓷填料耐高温的复合薄膜材料，包括基底聚合物和掺杂在基底聚合物中的陶瓷填料；所述的陶瓷填料采用粒径为60～900nm的钛酸钡陶瓷颗粒，陶瓷颗粒采用表面活性剂修饰。所述的基底聚合物采用PMMA。本发明专利技术相较于PVDF聚合物来说，在70℃的高温环境中储能性能稳定性强，仍有较高的储能密度和储能效率。本发明专利技术在线性电介质PMMA中，加入的500nm钛酸钡陶瓷填料，使得复合材料的击穿强度上升幅度最大，同时提高了储能密度和储能效率。

High temperature resistant composite film material based on submicron ceramic filler and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
基于亚微米陶瓷填料耐高温的复合薄膜材料及其制备方法
本专利技术属于电子功能材料制备
，具体涉及一种基于亚微米陶瓷填料耐高温的高储能密度、高效率的复合薄膜材料的制备方法。
技术介绍
随着信息技术的发展，在电子设备和微电子领域，薄膜电容器都是至关重要的，诸如逆变器，脉冲功率器件等。随着印刷线路板上电容器的尺寸大小迅速减小，研究轻薄的新型高介电材料成为当今信息功能材料以及微电子领域的前沿课题。常见电容器材料有聚合物材料和陶瓷材料两类，聚合物拥有较高的杨氏模量和高介电场强，聚合物的击穿场强接近400MV/m，但是介电常数较低，影响储能密度，如常见的聚合物复合材料聚丙烯(PP)的介电常数在2-3之间，含氟聚合物PVDF的介电常数为8-10之间，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的介电常数在3-4之间，另一方面陶瓷材料具有较高的介电常数，高位移以及低剩余极化，但是击穿场强非常低，如常见的陶瓷材料钛酸钡，锆钛酸铅(PZT),为了将两种材料良好的电性能进行复合，开发陶瓷填料/聚合物新的结构设计，将具有高介电常数的陶瓷均匀分散在聚合物基体中组成复合体系。目前，电介质复合材料体系，取得了较高储能，如聚偏氟乙烯-钛酸钡(PVDF/BaTiO3)复合材料。但是其储能效率较低，大约50-60％之间。如何解决这个问题，是目前的重点。此外，薄膜电容器在电子信息领域使用，会有大量热排出，需要承受一定温度，如可以在70℃下，可以长时间工作等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于亚微米陶瓷填料耐高温的高储能密度、高效率的复合薄膜材料的制备方法。本专利技术一种基于亚微米陶瓷填料耐高温的复合薄膜材料，包括基底聚合物和掺杂在基底聚合物中的陶瓷填料；所述的陶瓷填料采用粒径为60～900nm的钛酸钡陶瓷颗粒。所述的基底聚合物采用PMMA。，所述的陶瓷填料采用偶联剂进行过表面改性处理，提高了陶瓷颗粒与聚合物的相容性，偶联剂为盐酸多巴胺，3-氨丙基三乙氧基硅烷和(3-疏基丙基)三甲氧基硅烷。所述的陶瓷填料在复合薄膜材料的质量分数为0.1～30％。该基于亚微米陶瓷填料耐高温的复合薄膜材料的制备方法如下：步骤1、将聚合物添加到极性溶液中，充分搅拌，直至完全溶解，形成澄清透明的聚合物溶液；所述的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯。步骤2、将陶瓷填料加入聚合物溶液中，充分搅拌振荡，循环1～20次，形成稳定的悬浮液；陶瓷填料与聚合物溶液的料液比为1～100g/L；所述的陶瓷填料为纳米-亚微米级钛酸钡陶瓷填料，；步骤3、在步骤2获得的悬浮液中滴入偶联剂，充分搅拌振荡，循环1～20次，形成稳定的混合悬浮液。步骤4、将步骤3获得的混合悬浮液涂覆到玻璃片上，或者采用流延机流延出厚度1～100um的悬浮液膜；在60～120℃下直接干燥30-60min，使极性溶剂干燥完全，获得复合薄膜。步骤5、将步骤4所得的复合薄膜在180～250℃下保温60～120min，然后立即放入0℃低温环境中淬火处理30～60min，得到复合薄膜材料；所得复合薄膜材料的厚度为1～100μm。作为优选，步骤1中PMMA聚合物与极性溶液的料液比为5～200g/L。作为优选，步骤1中所述的极性溶液为DMF、NMP或DMAC的分析纯溶剂。作为优选，步骤2所述的陶瓷填料通过固相法、水热法或溶胶凝胶法制备获得。作为优选，步骤3中加入的偶联剂溶液质量为步骤2中加入陶瓷填料质量的0.1～20％。作为优选，步骤1中的钛酸钡陶瓷颗粒为500nm。作为优选，步骤3中所述的偶联剂为盐酸多巴胺。本专利技术具有的有益效果是：1、本专利技术相较于PVDF聚合物来说，PMMA聚合物的介电损耗更低，储能效率较高，且PMMA相对于PVDF的耐高温性更佳，可以使得制备的复合薄膜材料在70℃的高温环境中储能性能稳定性强，仍有较高的储能密度和储能效率。2、本专利技术在在线性电介质PMMA中，加入的500nm钛酸钡陶瓷填料使得复合材料的击穿强度上升，也提高了储能密度和储能效率。3、本专利技术采用的500nm钛酸钡陶瓷填料的表面经过表面改性处理，使其在陶瓷填料表面附着一个亲油基团，提高了填料与聚合物之间的界面相容性，使填料在聚合物中有更好的分散性。在上述优势协同作用下，PMMA/DBT(500nm)复合材料薄膜的性能获得了突出的效果，本专利技术采用了常用的聚甲基丙烯酸甲酯作为基体，采用具有优异介电性能的大尺寸陶瓷粒子作为填料，陶瓷填料有着高介电常数和低介电损耗，使用偶联剂对复合材料体系中陶瓷颗粒和复合物基体偶联，制备出复合材料。经过测试发现复合薄膜材料拥有耐高温、高储能密度和高效率等优异性能。附图说明图1为500nm的钛酸钡颗粒的SEM图；图2为本专利技术制备的PMMA/DBT(500nm)复合薄膜材料的SEM图；图3为本专利技术制备的PMMA/DBT(500nm)复合薄膜材料和纯聚合物PMMA的击穿强度的Weibull图；图4a、4b分别为在室温25℃下，纯聚合物PMMA、本专利技术制备的PMMA/DBT(500nm)复合薄膜材料的单相电滞回线图；图5a、5b分别为在室温70℃下，纯聚合物PMMA、本专利技术制备的PMMA/DBT(500nm)复合薄膜材料的单相电滞回线图；图6a、6b分别为在室温25℃下，纯聚合物PMMA与本专利技术制备的PMMA/DBT(500nm)复合薄膜材料储能密度对比图、储能效率对比图。图7a、7b分别为在室温25℃下，纯聚合物PMMA与本专利技术制备的PMMA/DBT(500nm)复合薄膜材料储能密度对比图、储能效率对比图。图8a、8b分别为不同粒径的钛酸钡陶瓷颗粒制备的PMMA/DBT复合材料的击穿强度的Weibull图、可释放能量对比图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。实施例1一种基于亚微米陶瓷填料耐高温的复合薄膜材料，包括基底聚合物和掺杂在基底聚合物中的陶瓷填料；陶瓷填料采用粒径为500nm的钛酸钡陶瓷颗粒。陶瓷填料经过表面改性，增强了陶瓷填料和聚合物基体的相容性。基底聚合物采用PMMA。陶瓷填料在复合薄膜材料的质量分数为3％。对粒径为500nm的钛酸钡陶瓷颗粒进行表面改性处理，增强了陶瓷填料和聚合物基体的相容性；用极性溶剂将作为基底聚合物的PMMA溶解后，通过添加一定量的钛酸钡陶瓷颗粒到PMMA溶液中制备复合溶液，通过流延法流延出复合薄膜材料，在150～250℃干燥，得到复合材料，在经过低温淬火，得到PMMA/DBT(500nm)复合材料薄膜。本实例所述的复合材料薄膜的SEM图如图2所示；可以看出：钛酸钡和聚合物基融合良好，样品表面平滑。本实例所述的复合材料薄膜的击穿场强数值如图3所示，含有3wt％钛酸钡的复合材料薄膜的击穿场强达到了700MV/m，比纯聚合物PMMA的击穿场强提高了43％左右，说明500nm钛酸钡陶瓷颗粒的加入有效提高了介电材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于亚微米陶瓷填料耐高温的复合薄膜材料，包括基底聚合物和掺杂在基底聚合物中的陶瓷填料；其特征在于：所述的陶瓷填料采用粒径为60-900nm的钛酸钡陶瓷颗粒；所述的基底聚合物采用PMMA。/n

【技术特征摘要】
1.基于亚微米陶瓷填料耐高温的复合薄膜材料，包括基底聚合物和掺杂在基底聚合物中的陶瓷填料；其特征在于：所述的陶瓷填料采用粒径为60-900nm的钛酸钡陶瓷颗粒；所述的基底聚合物采用PMMA。


2.根据权利要求1所述的基于亚微米陶瓷填料耐高温的复合薄膜材料，其特征在于：所述钛酸钡陶瓷颗粒的粒径为500nm。


3.根据权利要求1所述的基于亚微米陶瓷填料耐高温的复合薄膜材料，其特征在于：所述的陶瓷填料采用偶联剂进行过表面改性处理，提高了陶瓷颗粒与聚合物的相容性，偶联剂为盐酸多巴胺，3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液，(3-疏基丙基)三甲氧基硅烷溶液。


4.根据权利要求1所述的基于亚微米陶瓷填料耐高温的复合薄膜材料，其特征在于：所述的陶瓷填料在复合薄膜材料的质量分数为0.1～30％。


5.如权利要求1所述的基于亚微米陶瓷填料耐高温的复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：步骤1、将聚合物添加到极性溶液中，充分搅拌，直至完全溶解，形成聚合物溶液；所述的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯；
步骤2、将陶瓷填料加入聚合物溶液中，充分搅拌振荡，循环1～20次，形成稳定的悬浮液；陶瓷填料与聚合物溶液的料液比为1～100g/L；所述的陶瓷填料为纳米-亚微米级钛酸钡陶瓷填料；
步骤3、在步骤2获得的悬浮液中滴入偶联剂，充分搅拌振荡，循环1～20次，形成稳定的混合悬浮液；
步骤4、将步骤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丽丽，徐鑫鑫，楼旱雨，吴薇，王高峰，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33