基板材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超材料的介质基板材料，所述材料包括聚四氟乙烯、Si3N4和任选的玻璃纤维。所述材料具有改善的介电性能和力学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超材料，具体地说涉及一种超材料的介质。
技术介绍
超材料一般由多个超材料功能板层叠或按其他规律阵列组合而成。超材料功能板通常包括介质基板以及阵列在介质基板上的多个人造微结构。现有技术中的超材料的介质基板为均一材质的有机或无机基板，如FR4、TPl等等。阵列在介质基板上的多个人造微结构具有特定的电磁特性，能对电场或磁场产生电磁响应，通过对人造微结构的结构和排列规律进行精确设计和控制，可以使超材料呈现出各种一般材料所不具有的电磁特性，如能汇聚、发散和偏折电磁波等。目前已经商品化的高频基板主要有三类:聚四氟乙烯(PTFE)基板、热固性聚苯醚(Polyphenyl Oxide)与交链聚丁二烯基板和环氧树脂复合基板(FR-4)。其中聚四氟乙烯基板的介电常数为2.1-10.6，而环氧树脂复合基板的介电常数为4.2-5.4。从组成与结构、制备方法和介电性能等方面考虑，低介电常数材料主要分为无机材料、有机材料和无机/有机复合材料。聚四氟乙烯(PTFE)具有低的介电常数和介电损耗，是一种特殊的工程塑料，具有优良的物理和化学性能。但是，由于聚四氟乙烯介电常数较小，机械强度较低，用纯聚四氟乙烯制备的介电材料很难在微波频段使用。
技术实现思路
本专利技术在聚四氟乙烯中加入高介电常数的Si3N4来提高介电常数，改善介质基板材料的介电性能和力学性能 。任选的，本专利技术还用玻璃纤维作为增强材料来增加介质基板材料的强度。本专利技术在一个方面提供一种基板材料，其包括聚四氟乙烯和Si3N4。优选的，所述Si3N4占材料的1-20%重量，优选2-15%重量，最优选3-9%重量。在一个实施方案中，所述基板材料还包括玻璃纤维。优选的，所述玻璃纤维占材料的1-30%重量，优选1-20%重量，最优选1-10%重量。本专利技术的基板材料优选用作超材料的介质基板材料。在另一个方面，本专利技术提供一种制备本专利技术的基板材料的方法，所述方法包括:I)混合聚四氟乙烯、Si3N4和任选的玻璃纤维；和2)烧结所述混合物。在一个实施方案中，本专利技术方法还包括在混合步骤I)之前用硅烷偶联剂预处理Si3N4，和/或将聚四氟乙烯粉碎并过50-100目筛。在另一个实施方案中，本专利技术方法还包括将混合步骤I)得到的混合物模压成型。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行描述。但是本领域技术人员应该理解，本申请中所描述的技术方案仅仅是本专利技术的示例性描述，而不是对于本专利技术范围的限制。本领域技术人员可根据本申请的描述而对本专利技术的作出各种改变和修饰，所有这些改变和修饰都属于本专利技术保护的范围。除非另有明确定义，本申请上下文中使用的术语具有本领域中通常使用的含义。本专利技术在一个方面提供一种基板材料，其包括聚四氟乙烯和Si3N4。优选的，所述Si3N4占材料的1-20%重量，优选2-15%重量，最优选3-9%重量。本文使用的术语“聚四氟乙烯”是指各种分子量的四氟乙烯单体的聚合物。本专利技术可使用任何合适的聚四氟乙烯，但优选使用20-90μπι的PTFE悬浮树脂。并且，在用于本专利技术的混合步骤之前可在电热干燥箱中干燥至恒重。本文使用的术语“Si3N4”是指具有分子式Si3N4的化合物。本专利技术可使用任何合适的Si3N4,但优选使用10-100 μ m的Si3N4。并且,在用于本专利技术的混合步骤之前可使用娃烧偶联剂预处理。所述硅烷偶联剂可为任何本领域中已知的合适硅烷偶联剂，但是优选使用KH550。在一个实施方案中，所述基板材料还包括玻璃纤维。优选的，所述玻璃纤维占材料的1-30%重量，优选1-20%重量，最优选1-10%重量。本文使用的术语“玻璃纤维”是指以玻璃为原料经高温熔制、拉丝等工艺制造成的纤维，其单丝的直径为1-30微米，由数百根至上千根单丝组成每束纤维原丝。本专利技术中可使用任何合适的玻璃纤维，包括但不限于无碱玻璃纤维(氧化钠0% 2%，属铝硼硅酸盐玻璃)、中碱玻璃纤维(氧化钠8% 12%，属含硼或不含硼的钠钙硅酸盐玻璃)和高碱玻璃纤维(氧化钠13%以上，属钠钙硅酸盐玻璃)。本领域技术人员可根据现有技术或通过简单实验确定适合用于本专利技术的玻璃纤维。`本专利技术的基板材料优选用作超材料的介质基板材料。在另一个方面，本专利技术提供一种制备本专利技术的基板材料的方法，所述方法包括:I)混合聚四氟乙烯、Si3N4和任选的玻璃纤维；和2)烧结所述混合物。本专利技术可使用任何合适的聚四氟乙烯，但优选使用20-90 μ m的PTFE悬浮树脂。在混合前，可将聚四氟乙烯放入电热干燥箱中干燥至恒重。然后任选的，可在低温下粉碎聚四氟乙烯并过50-100目筛。本专利技术可使用任何合适的Si3N4,但优选使用IO-1OOym的Si3N4。并且,在用于本专利技术的混合步骤之前可使用硅烷偶联剂预处理。所述硅烷偶联剂可为任何本领域中已知的合适硅烷偶联剂，但是优选使用KH550。然后任选的，可用无水乙醇洗涤处理后的Si3N4以置换出产品中剩余的溶剂。然后任选的，可干燥所得产物。混合步骤可使用高速混合机进行。混合时间可为任何合适的时间，例如由本领域技术人员根据现有技术或通过简单实验确定，优选为1-10分钟，更优选3-5分钟。任选的，可将混合步骤I)中所得的产物模压成型。模压成型可30_60Mpa下进行。烧结混合物可使用本领域中已知的任何烧结方式进行，例如由本领域技术人员根据现有技术或通过简单实验确定。在一个实施方案中，将模压成型的Si3N4/PTFE以一定的速率(如40-1000C /h，优选60-800C /h)升温至一定温度(例如350-400°C，优选380°C )，然后保温一定时间(例如1-10小时，优选2-3小时)，最后以一定的速率(例如20-50°C /h，优选30-40°C /h)降温(例如首先降温至150°C，然后自然冷却至室温)。实施例将20-90 μ m的PTFE悬浮树脂放入电热干燥箱中干燥3_5h至恒重，然后在低温下进行粉碎并过50-100目筛。ΙΟ-ΙΟΟμπι的Si3N4粉末加入KH550中反应24小时，然后用无水乙醇置换出产品中剩余的溶剂，干燥。将处理过的Si3N4和玻璃纤维以及PTFE树脂按Si3N4+y %玻璃纤维+ (Ι-χ-y) %PTFE(%质量，其中X = 3-9，y = 1-10)的配比加入高速混合机中，混合5分钟，并在30-60Mpa下模压成型。将模压成型的Si3N4/PTFE以60°C /h的速率升温至380°C，然后保温2_3h，最后以300C /h的速率降温至150°C后自然冷却至室温。本专利技术得到的吸波材料具有高吸收、兼容性优良和频带宽的优点。同时，本领域技术人员可理解，可通过调节碳纳米管和钛酸钡纳米线的比例，使吸波材料具有不同的电磁参数，如介电常数， 从而能为某些具有特定电磁参数的应用场合提供更大的选择性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基板材料，所述材料包括聚四氟乙烯和Si3N4。

【技术特征摘要】
1.一种基板材料，所述材料包括聚四氟乙烯和Si3N4。2.权利要求1的基板材料，其中所述Si3N4占材料的1-20%重量。3.权利要求1的基板材料，其中所述Si3N4占材料的2-15%重量。4.权利要求1的基板材料，其中所述Si3N4占材料的3-9%重量。5.权利要求1的基板材料,所述材料还包括玻璃纤维。6.权利要求5的基板材料，其中所述玻璃纤维占材料的1-30%重量，优选1-20%重量，最优选1-10%重量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，赵治亚，缪锡根，付珍，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，
类型：发明
国别省市：