一种多层混合型高介电常数低介电损耗复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于储能高分子材料的改性与设计，特别涉及一种多层混合型高介电常数低介电损耗复合材料及其制备方法。针对现有技术高介电常数的聚合物电介质中无法达到同时实现高介电常数低介电损耗的问题，本发明专利技术的技术方案是：一种多层混合型高介电常数低介电损耗复合材料，包括如下质量分数的组分：含氟聚合物，55‑94.5％；表面处理导电粒子，0.5‑5％；表面处理陶瓷粒子，5‑40％。作为优选的复合材料由数多层结构构成，层状结构经逐层组装技术制成，每一层层状结构包含含氟聚合物与表面处理导电粒子或包含含氟聚合物与表面处理陶瓷粒子。本发明专利技术还提供上述材料的制备方法。本发明专利技术用于高储能密度电容器的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种多层混合型高介电常数低介电损耗复合材料及其制备方法
本专利技术属于储能高分子材料的改性与设计，特别涉及一种多层混合型高介电常数低介电损耗复合材料及其制备方法，可用于高储能密度电容器的制备。
技术介绍
随着电子工业向多功能化发展，电子器件的集成化、小型化和高性能化已经成为一种趋势，特别是拥有高介电常数、低介电损耗、易加工、低成本的复合材料。高介电常数材料因其具有良好的储能和均匀电场的作用使高介电材料在电气、电子方面有着重要作用和广泛的应用前景目前常用的高介电复合材料有陶瓷粒子/聚合物基复合材料和导电粒子/聚合物基复合材料，对于前者，由于陶瓷粒子的大量添加，材料的力学性能和加工性能下降；而后者存在易导电和介电损耗较大的缺点。在现有的高介电常数的聚合物电介质的制备和方法中，要达到较高的介电常数，单方面加入大量的陶瓷粒子会降低复合材料的加工性能；单方面加入大量的导电粒子或造成复合材料的损耗太高。无法达到同时实现高介电常数低介电损耗的目的。
技术实现思路
针对现有技术高介电常数的聚合物电介质中无法达到同时实现高介电常数低介电损耗的问题，本专利技术提供一种混合型高介电常数低介电损耗复合材料及其制备方法，其目的在于：克服上述加工性能与介电常数之间的矛盾，获得高介电常数且具有良好加工性能的复合材料。本专利技术采用的技术方案如下：一种混合型高介电常数低介电损耗复合材料，所述复合材料由数层层状结构构成，每一层层状结构包含含氟聚合物与表面处理导电粒子或包含含氟聚合物与表面处理陶瓷粒子。本方案采用多层结构来抑制漏电电流，从而实现控制介电损耗，例如：顶层和底层为表面处理陶瓷粒子/含氟聚合物基复合材料、中间层为导电粒子/聚合物基复合材料；或顶层和底层为表面处理导电粒子/含氟聚合物基复合材料、中间层为表面处理陶瓷粒子/含氟聚合物基复合材料。利用表面处理陶瓷粒子/含氟聚合物层抑制表面处理导电粒子/含氟聚合物层的介电损耗，以达到提高介电常数和降低介电损耗的要求。优选的，包括如下质量分数的组分：当层状结构为含氟聚合物与表面处理导电粒子时，含氟聚合物，55-94.5％；表面处理导电粒子，0.5-5％；当层状结构为含氟聚合物与表面处理陶瓷粒子时，含氟聚合物，55-94.5％；表面处理陶瓷粒子，5-40％。采用该优选方案后，通过适宜比例的表面处理陶瓷粒子使得复合材料具有较高的介电常数和低的介电损耗。同时由于添加了适宜比例的表面处理导电粒子，从而减少表面处理陶瓷粒子的使用量，使得复合材料整体的加工性能得到了大大的提升。优选的，所述含氟聚合物为PVDF或PVDF的共聚物。优选的，所述的表面处理导电粒子的材料为碳材料、金属或导电氧化物中的一种或数种的组合；所述碳材料为炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维或石墨烯中的一种或数种的组合；所述金属为锌、铝、铜、银或镍中的一种或数种的组合；所述导电氧化物为氧化锡。优选的，所述表面处理陶瓷粒子的材料为钛酸钡、二氧化钛、碳化硅、锆钛酸铅或钛酸铜钙的一种或数种的组合。优选的，所述表面处理导电粒子和表面处理陶瓷粒子外包覆有聚多巴胺或氢氧化铝中的一种或两种。上述方案对含氟聚合物、表面处理导电粒子和表面处理陶瓷粒子的材质进行优选，从而进一步提高介电常数并降低介电损耗。本专利技术具体包括如下步骤：步骤1.取表面处理导电粒子与含氟聚合物按比例球磨和粉碎混合均匀，然后用挤出机挤出，最后将挤出料热压得到含表面处理导电粒子的单层膜；取表面处理陶瓷粒子与含氟聚合物按比例球磨和粉碎混合均匀，然后用挤出机挤出，最后将挤出料热压得到含表面处理陶瓷粒子的单层膜；步骤2.将至少一层含表面处理导电粒子的单层膜和至少一层含表面处理陶瓷粒子的单层膜叠放后热压得到混合型高介电常数低介电损耗复合材料。本技术方案由于在制备过程中没有引入有机溶剂，避免溶剂挥发污染环境，属于一种清洁制备工艺。优选的，所述粉碎混合均匀的过程具体为：手动混合后进行全方位行星式球磨混合1-5h，球磨转速为100-500rad/min，然后将球磨后的样品在配有梯形孔的筛网的超离心粉碎仪中进行粉碎和混合，梯形孔的孔径为0.08-0.25mm。本优选方案的多层混合型高介电常数低介电损耗复合材料的制备过程通过多种方法进行固相混合，可以克服普通单一物理方法难以均匀混合的不足。优选的，所述挤出机采用双螺杆挤出机，挤出温度为160-250℃；所述热压的条件为，在210-270℃下热压5-20min，压力为5-30Mpa。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1.通过适宜比例的表面处理陶瓷粒子使得复合材料具有较高的介电常数和低的介电损耗。同时由于添加了适宜比例的表面处理导电粒子，从而减少表面处理陶瓷粒子的使用量，使得复合材料整体的加工性能得到了大大的提升。2.优选方案采用多层结构，例如：顶层和底层为表面处理陶瓷粒子/含氟聚合物基复合材料、中间层为导电粒子/聚合物基复合材料；或顶层和底层为表面处理导电粒子/含氟聚合物基复合材料、中间层为表面处理陶瓷粒子/含氟聚合物基复合材料。利用表面处理陶瓷粒子/含氟聚合物层抑制表面处理导电粒子/含氟聚合物层的介电损耗，以达到提高介电常数和降低介电损耗的要求。3.制备过程中没有引入有机溶剂，避免溶剂挥发污染环境，属于一种清洁制备工艺。4.制备过程通过多种方法进行固相混合，可以克服普通单一物理方法难以均匀混合的不足。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是本专利技术实施例1中的混合型高介电常数低介电损耗复合材料的示意图；图2是本专利技术实施例2中的混合型高介电常数低介电损耗复合材料的示意图；图3是本专利技术实施例3中的混合型高介电常数低介电损耗复合材料的示意图；图4是本专利技术中的混合型高介电常数低介电损耗复合材料的示意图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。一种多层混合型高介电常数低介电损耗复合材料，所述复合材料由数层层状结构构成，每一层层状结构包含含氟聚合物与表面处理导电粒子或包含含氟聚合物与表面处理陶瓷粒子。进一步的，所述复合材料由三层层状结构构成，顶层和底层为表面处理陶瓷粒子/含氟聚合物基复合材料、中间层为导电粒子/聚合物基复合材料；或顶层和底层为表面处理导电粒子/含氟聚合物基复合材料、中间层为表面处理陶瓷粒子/含氟聚合物基复合材料。作为一种优选的方式，包括如下质量分数的组分：当层状结构为含氟聚合物与表面处理导电粒子时，含氟聚合物，55-94.5％；表面处理导电粒子，0.5-5％；当层状结构为含氟聚合物与表面处理陶瓷粒子时，含氟聚合物，55-94.5％；表面处理陶瓷粒子，5-40％。作为一种优选的方式，所述含氟聚合物为PVDF或PVDF的共聚物。进一步优选的为偏氟乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层混合型高介电常数低介电损耗复合材料，其特征在于，所述复合材料由数层层状结构构成，每一层层状结构包含含氟聚合物与表面处理导电粒子或包含含氟聚合物与表面处理陶瓷粒子。/n

【技术特征摘要】
1.一种多层混合型高介电常数低介电损耗复合材料，其特征在于，所述复合材料由数层层状结构构成，每一层层状结构包含含氟聚合物与表面处理导电粒子或包含含氟聚合物与表面处理陶瓷粒子。


2.按照权利要求1所述的一种多层混合型高介电常数低介电损耗复合材料，其特征在于：包括如下质量分数的组分：
当层状结构为含氟聚合物与表面处理导电粒子时，含氟聚合物，55-94.5％；表面处理导电粒子，0.5-5％；
当层状结构为含氟聚合物与表面处理陶瓷粒子时，含氟聚合物，55-94.5％；表面处理陶瓷粒子，5-40％。


3.按照权利要求1所述的一种多层混合型高介电常数低介电损耗复合材料，其特征在于：所述含氟聚合物为PVDF或PVDF的共聚物，重均分子量为100000～1000000。


4.按照权利要求1所述的一种多层混合型高介电常数低介电损耗复合材料，其特征在于：所述的表面处理导电粒子的材料为碳材料、金属或导电氧化物中的一种或数种的组合；所述碳材料为炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维或石墨烯中的一种或数种的组合；所述金属为锌、铝、铜、银或镍中的一种或数种的组合；所述导电氧化物为氧化锡。


5.按照权利要求1所述的一种多层混合型高介电常数低介电损耗复合材料，其特征在于：所述表面处理陶瓷粒子的材料为钛酸钡、二氧化钛、碳化硅、锆钛酸铅或钛酸铜钙的一种或数种的组合。

【专利技术属性】
技术研发人员：焦元启，谢俊蓉，纪传伟，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44