本发明专利技术涉及一种具有高介电常数和低损耗的聚合物复合材料及其制备方法。本发明专利技术通过将平均粒度为800nm的自钝化金属Al粉经硅烷偶联剂处理，然后与聚偏氟乙烯（PVDF）的N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）溶液在磁力搅拌和超声分散下混合均匀后，在洁净玻璃板上流延成膜，然后在80℃下真空干燥2h去除溶剂后得到厚度为30~80μm的Al/PVDF复合材料，其中Al用量为PVDF体积百分比含量的10~50%。本发明专利技术所提供的Al/PVDF复合材料的介电常数在室温1kHz下高于58，介电损耗低于0.02；其介电常数随Al含量的增加线性增加，因此可以根据需要在一定范围内任意调节；同时其介电常数具有很好的温度和频率稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电介质复合材料制备
，特别涉及介电常数高、损耗低、复合温度低、制备工艺简单的。
技术介绍
在电介质材料领域，单组分材料往往难以满足现代电子工业对材料综合性能的要求。例如铁电陶瓷介电性能优异，介电常数一般都在2000以上，但需要高温烧结，并且脆性大；聚合物材料加工性能好、成型温度低、柔韧性好、介电强度高 ，但其介电常数普遍较低，一般在疒10之间。为此，科技工作者采用材料复合的方法，开发兼具良好介电性能和加工性能的聚合物基复合材料，这类材料能适应于在有机印制电路板中制作埋入式电容器的低温成型工艺，因而近年来受到了广泛关注。将高介电常数陶瓷粉末填充到聚合物基体中是获得高介电常数聚合物复合材料的最常用方法，其中钛酸钡(BaTiO3)粉体已经获得了工业化生产，因其品种齐全、介电常数高且不含有毒铅元素而成为最常用的陶瓷粉体。目前BaTiO3/环氧树脂和BaTiO3/聚酰亚胺这类高介电常数复合材料已经在埋入式电容器中获得了实际应用。但是当BaTiO3含量在50%以下时，这类材料的介电常数一般都在50以下。例如专利文献(CN 101955621 A)报道的BaTi03/PVDF复合材料当陶瓷体积百分比含量为50%时，其介电常数在室温I kHz下为40. 75 ;朱宝库等(朱宝库，谢曙辉，徐又一，徐志康，功能材料，2005，4，546-549)制备的BaTiO3/聚酰亚胺复合材料在相同的陶瓷含量和测试条件下介电常数仅为35。尽管提高BaTiO3填充量可以进一步增加复合材料的介电常数，但过高的陶瓷填充往往急剧降低复合材料的力学性能，导致材料在使用过程中破裂失效。利用渗流效应在聚合物中填充金属粉末、炭黑、碳纳米管或导电聚苯胺等导电填料是获取高介电常数聚合物复合材料的另一常用方法。当导电填料的体积百分比含量接近渗流阈值时，复合材料的介电常数迅速增加几十倍甚至几个数量级。例如Rao等(Rao Y,Wong C P, IEEE Polytronic 2002 Conference, 2002, 196-200)以 20 μ m 的片状银粉填充到环氧树脂中，在室温10 KHz下当银的含量为10. 4 vol. %时复合材料的介电常数高达2000，损耗为 O. 24 ;党智敏等(Dang Z M, Lin Y H, Nan C ff, Adv. Mater. , 2003，15，1625-1629)以5 μ m的Ni粉与PVDF复合，在室温100 Hz下Ni体积分数为O. 17时，复合材料介电常数为400，损耗为O. 2。但这类材料的介电常数与填料含量的关系具有很强的非线性，只有当导电填料含量充分接近其渗流阈值时才会展现高介电常数，并且在获得介电常数峰值时往往对应较高的损耗(>0. I)，因而这类材料还无法实用。目前，高介电常数聚合物复合材料研究领域急需开发介电常数高于50，损耗低于O. 1，填料体积百分比含量小于50%的聚合物基复合材料的制备方法和技术，以满足电容器高电容量、小尺寸的发展需求
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高介电常数低损耗的金属/聚合物复合材料及其制备方法。本专利技术的一种高介电常数低损耗的金属/聚合物复合材料的制备方法，其特征在于 (I)所述高介电常数低损耗聚合物复合材料有着以下的物质组成自钝化金属Al粉和聚合物基体PVDF ;所述的Al粉在复合材料中的体积百分比含量为1(Γ50% ;所述聚合物基体PVDF含量为5(Γ90% ;所述的自钝化Al粉平均粒径为800 nm,表面有一层在空气中氧化形成的厚度为2 3 nm的Al2O3氧化层，Al粉经硅烷偶联剂处理后使用，其中Al粉与硅烷偶联剂的质量比为100:1 ;所述的聚合物基体PVDF熔点为167 °C，平均粒径为25 μ m。(2)A1粉的表面处理方法为室温下将Al粉通过超声分散和搅拌使其在无水乙醇中形成悬浮液，然后加入偶联剂(Y-氨丙基三乙氧基硅烷)后持续搅拌1(Γ30分钟；随后加入去离子水，在4(T60°C下超声分散并搅拌15飞O分钟；离心分离粉体，然后使用无水乙醇 洗涤广3次后，在6(T12(TC下真空干燥2飞小时，自然冷却到室温后使用； (3)A1/PVDF复合材料的制备方法为称取步骤(I)中硅烷偶联剂改性得到的Al粉，使其在复合材料中的体积百分含量为1(Γ50%，按照A1/DMAC重量比为1/1(Γ /1称取相应的DMACJf Al粉在DMAC中超声分散得到分散液a ;按照聚合物基体PVDF体积百分含量为50% 90%称取PVDF粉，按照PVDF/DMAC重量比为1/20 1/4称取DMAC，将PVDF在50°C下溶于DMAC中，冷却到室温后得到溶液b ;然后将分散液a和溶液b混合，经超声分散1(Γ30分钟和磁力搅拌15飞O分钟后，得到Al与PVDF的混合悬浮液；将混和悬浮液在洁净玻璃板上流延成膜，在80 °C下真空干燥2小时，得到A1/PVDF复合材料膜。本专利技术具有以下有益效果 这种A1/PVDF复合材料的介电常数随Al含量的增加线性增加，当Al粉体积百分比含量为50%时，复合材料的介电常数在室温I kHz下高达58. 34，损耗仅为O. 019 ;复合材料的介电常数可以通过改变Al的含量在12 58之间任意调节；复合材料的介电常数具有很好的频率和温度稳定性，保证材料在使用中性能稳定；复合材料制备工艺简单，成本低廉。附图说明附图I :本专利技术使用的自钝化Al粉的透射电子显微照片； 附图2 :本专利技术制备的A1/PVDF复合材料断面的扫描电子显微照片，其中Al粉体积百分比含量为50% ； 附图3 :本专利技术制备A1/PVDF复合材料的工艺流程 附图4 :在室温和测试频率I kHz下，A1/PVDF复合材料介电常数和损耗与Al体积分数之间关系曲线； 附图5 :不同Al体积含量的A1/PVDF复合材料在室温下介电常数与测试频率之间关系曲线； 附图6 :不同Al体积含量的A1/PVDF复合材料在室温下损耗与测试频率之间关系曲线. 附图7 :不同Al体积含量的A1/PVDF复合材料在测试频率I kHz下，介电常数与测试温度之间关系曲线；附图8 :不同Al体积含量的A1/PVDF复合材料在测试频率I kHz下，损耗与测试温度之间关系曲线。具体实施例方式下面通过结合具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。实施例仅是对本专利技术的一种说明，而不构成对本专利技术的限制。实施例是实际应用例子，对于本领域的专业技术人员很容易掌握并验证。如果在本专利技术的基础上做出某种改变，那么其实质并不超出本专利技术的范围。实施例I (1)室温下将50g Al粉通过超声分散和搅拌使其在无水乙醇中形成悬浮液，然后加Λ O. 5 g偶联剂(Y-氨丙基三乙氧基硅烷)后持续搅拌1(Γ30分钟；随后加入去离子水，在 4(T60°C下超声分散并搅拌15飞O分钟；离心分离粉体，然后使用无水乙醇洗涤广3次后，在6(T12(TC下真空干燥2飞小时，自然冷却到室温后使用； (2)称取步骤(I)中硅烷偶联剂改性得到的Al粉末O.8333 g ;使其在复合材料中的体积百分含量为10%，按照A1/DMAC重量比为1/1称取相应的DMAC，将Al粉在DMAC中超本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高介电常数低损耗金属/聚合物复合材料，其特征在于所述高介电常数低损耗聚合物复合材料有着以下的物质组成自钝化金属Al粉和聚合物基体PVDF ;所述的Al粉在复合材料中的体积百分比含量为10飞0% ;所述聚合物基体PVDF含量为50、0% ;所述的自钝化Al粉平均粒径为800 nm，表面有一层在空气中氧化形成的厚度为2 3 nm的Al2O3氧化层，Al粉经硅烷偶联剂处理后使用，其中Al粉与硅烷偶联剂的质量比为100:1 ;所述的聚合物基体PVDF熔点为167 V，平均粒径为25 u m。2.一种具有高介电常数和低损耗的聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下的步骤 (1)Al粉的表面处理室温下将Al粉通过超声分散和搅拌使其在无水乙醇中形成悬浮液，然后加入偶联剂Y-氨丙基三乙氧基硅烷后持续搅拌1(T30分钟；随后加入去离子水，在4...
【专利技术属性】
技术研发人员：王法军，余石金，谭宗尚，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：
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