一种介电复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种介电复合材料及其制备方法和应用，该介电复合材料包括聚合物、氧掺杂硫化锌，所述氧掺杂硫化锌的化学式为ZnS

【技术实现步骤摘要】
一种介电复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及介电材料领域，尤其涉及高介电常数和低漏电流密度的介电材料，具体涉及一种介电复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]介电材料是具有介电性能的材料，在电场作用下能在其中建立极化的物质都可称为介电材料，可以是气态、液态或固态的物质。“介电常数”这一物理量，是介电材料在外加电场中被极化的程度的宏观表现，而极化是介电材料在电场下最主要的电特性之一，其本质是电荷迁移现象；具体地，极化是介电材料中电荷在静电场中作微小的广义位移(如束缚电荷的位移，偶极子取向)或受限的大尺度位移(如自由电荷移至界面与电极表面)，而在介电材料表面(或界面)产生束缚电荷，形成感应偶极距的物理过程；同时，极化程度越大，宏观表现的介电常数越高，则绝缘能力越强，而伴随着5G通讯和集成电路材料的高速发展，介电材料的需求日益增加，以聚合物为基体制备高性能介电材料并保持低损耗性能是当前电介质材料追求的目标。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是克服现有技术中的一个或多个不足，提供一种新的介电复合材料，该介电复合材料能够在保持高介电常数的基础上兼具较低的介电损耗，克服了传统介电填料损耗过大的问题，而且易于制备，成本低廉。
[0004]本专利技术同时还提供了一种上述介电复合材料的制备方法。
[0005]本专利技术同时还提供了一种氧掺杂硫化锌作为无机填料在制备介电复合材料中的应用。
[0006]本专利技术同时还提供了上述介电复合材料在制备介电储能器件中的应用。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的一种技术方案是：一种介电复合材料，其包括聚合物、氧掺杂硫化锌，所述氧掺杂硫化锌的化学式为ZnS
x
O
（1
‑
x）
，其中，0.01≤x＜0.5；以体积百分含量计，该介电复合材料中，所述氧掺杂硫化锌占0.1vol%
‑
15vol%，所述聚合物占85vol%
‑
99.9vol%。
[0008]进一步地，0.05≤x＜0.5。更进一步地，0.1≤x≤0.45。根据本专利技术的一些优选且具体的方面，0.2≤x≤0.4。
[0009]根据本专利技术的一些优选方面，所述氧掺杂硫化锌以粉末形式添加。
[0010]进一步地，所述氧掺杂硫化锌的平均粒径为10
‑
200nm。
[0011]根据本专利技术的一些优选方面，所述氧掺杂硫化锌的制备方法包括：将能够溶于水的锌源分散在水中，然后加入式（Ⅰ）所示化合物、能够溶于水且呈碱性的氧源，反应，生成所述氧掺杂硫化锌；
，式（Ⅰ）中，R选自C1‑6烷基。
[0012]根据本专利技术的一些具体方面，式（Ⅰ）中，R选自甲基、乙基、丙基、异丙基等。
[0013]根据本专利技术的一些优选方面，在制备所述氧掺杂硫化锌的过程中，所述反应在150
‑
300℃下进行。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，在制备所述氧掺杂硫化锌的过程中，所述反应在160
‑
280℃下进行。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，在制备所述氧掺杂硫化锌的过程中，所述反应在180
‑
250℃下进行。
[0016]根据本专利技术的一些优选且具体的方面，在制备所述氧掺杂硫化锌的过程中，所述反应在185
‑
220℃下进行。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，在制备所述氧掺杂硫化锌的过程中，所述水为去离子水。
[0018]根据本专利技术的一些优选方面，所述锌源为锌盐，所述氧源为碱金属氢氧化物、一水合氨、碱金属碳酸氢盐或碳酸氢铵。
[0019]进一步地，所述锌盐为选自醋酸锌、硝酸锌、氯化锌和硫酸锌中的一种或多种的组合。
[0020]进一步地，所述碱金属氢氧化物为选自氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或多种的组合。
[0021]进一步地，所述碱金属碳酸氢盐为碳酸氢钠和/或碳酸氢钾。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，在制备所述氧掺杂硫化锌的过程中，可以通过研磨的方式将生成的所述氧掺杂硫化锌制成预期粒径的粉末，或者研磨之后采用筛分的方式获得预期粒径的粉末。进一步地，由于该氧掺杂硫化锌较容易研磨，因此，在研磨过程中，可以采用较温和的研磨方式，例如可以手动研磨，或者常温低速下研磨等等。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，制备所述氧掺杂硫化锌的实施方式包括：将能够溶于水的锌源分散在水中，搅拌混匀，然后加入式（Ⅰ）所示化合物、能够溶于水且呈碱性的氧源，继续搅拌，混匀，获得混合溶液；然后将所得混合溶液倒入水热釜中实施热处理，在一定温度下进行水热反应，反应时间为12
‑
48h，例如可以为15
‑
36h，也可以为20
‑
30h。
[0024]在本专利技术的一些优选实施方式中，以体积百分含量计，该介电复合材料中，所述氧掺杂硫化锌占0.5vol%
‑
10vol%，所述聚合物占90vol%
‑
99.5vol%。
[0025]根据本专利技术的一些优选方面，所述聚合物为热塑性聚合物。
[0026]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述热塑性聚合物包含聚醚酰亚胺。
[0027]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述热塑性聚合物以颗粒形式添加，粒径可以为50
‑
900
ꢀµ
m，优选可以为100
‑
600
ꢀµ
m，更优选为100
‑
500
ꢀµ
m。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中，所述介电复合材料呈膜状。
[0029]本专利技术提供的又一技术方案：一种上述所述的介电复合材料的制备方法，所述制
备方法包括：将所述氧掺杂硫化锌、所述聚合物和溶剂混匀，以预设形状分散在基体上，烘干，制成所述介电复合材料。
[0030]根据本专利技术的一些具体方面，在制备所述的介电复合材料的过程中，所述溶剂为非质子极性溶剂。进一步地，所述非质子极性溶剂包括但不限于可以为N,N
‑
二甲基乙酰胺。
[0031]在本专利技术的一些实施方式中，制备所述的介电复合材料的实施方式包括：将所述氧掺杂硫化锌、所述聚合物和溶剂混合，搅拌均匀，然后涂敷于玻璃板上，真空干燥，制成介电复合材料。
[0032]在本专利技术的一些实施方式中，真空干燥的温度可以为60
‑
90℃，例如可以为65
‑
75℃。
[0033]本专利技术提供的又一技术方案：一种无机填料在制备介电复合材料中的应用，所述无机填料为氧掺杂硫化锌，所述氧掺杂硫化锌的化学式为ZnS
x
O
（1
‑
x）
，其中，0.01≤x＜0.5。
[0034]本专利技术提供的又一技术方案：一种介电储能器件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介电复合材料，其包括聚合物，其特征在于，该介电复合材料还包括氧掺杂硫化锌，所述氧掺杂硫化锌的化学式为ZnS
x
O
（1
‑
x）
，其中，0.01≤x＜0.5；以体积百分含量计，该介电复合材料中，所述氧掺杂硫化锌占0.1vol%
‑
15vol%，所述聚合物占85vol%
‑
99.9vol%。2.根据权利要求1所述的介电复合材料，其特征在于，0.05≤x＜0.5。3.根据权利要求2所述的介电复合材料，其特征在于，0.1≤x≤0.45。4.根据权利要求3所述的介电复合材料，其特征在于，0.2≤x≤0.4。5.根据权利要求1所述的介电复合材料，其特征在于，所述氧掺杂硫化锌以粉末形式添加。6.根据权利要求1或5所述的介电复合材料，其特征在于，所述氧掺杂硫化锌的平均粒径为10
‑
200nm。7.根据权利要求1所述的介电复合材料，其特征在于，所述氧掺杂硫化锌的制备方法包括：将能够溶于水的锌源分散在水中，然后加入式（Ⅰ）所示化合物、能够溶于水且呈碱性的氧源，反应，生成所述氧掺杂硫化锌；，式（Ⅰ）中，R选自C1‑6烷基。8.根据权利要求7所述的介电复合材料，其特征在于，所述反应在150
‑
300℃下进行。9.根据权利要求7所述的介电复合材料，其特征在于，所述锌源为锌盐，所述氧源为碱金属氢氧化物、一水合氨、碱金属碳酸氢盐或碳酸氢铵。10.根据权利要求9所述的介电复合材料，其特征在于，所述锌盐为选自醋酸锌、硝酸锌、氯化锌和硫酸锌中的一种或多种的组合，所述碱金属氢氧化物为选自氢氧化钠、氢氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张叶兴，左沛元，林静宇，靳鹏云，王佳，庄启昕，
申请(专利权)人：江苏港虹纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：