CN101423644B - Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料及其制备方法 - Google Patents

Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101423644B
CN101423644B CN200810240054XA CN200810240054A CN101423644B CN 101423644 B CN101423644 B CN 101423644B CN 200810240054X A CN200810240054X A CN 200810240054XA CN 200810240054 A CN200810240054 A CN 200810240054A CN 101423644 B CN101423644 B CN 101423644B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pvdf
batio
bi2s3
volume fraction
batio3
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200810240054XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN101423644A (zh
Inventor
邓元
张艳景
宋袁曾
王广胜
杨萌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN200810240054XA priority Critical patent/CN101423644B/zh
Publication of CN101423644A publication Critical patent/CN101423644A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101423644B publication Critical patent/CN101423644B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

本发明提供一种Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料及其制备方法，该材料由Bi2S3纳米棒、BaTiO3、PVDF组成，其中BaTiO3体积分数为20％，Bi2S3的体积分数为3％～12％，其余的为PVDF。该材料的制备方法包括按照体积百分比称取原材料；把称好的PVDF加入到30～40ml的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，充分溶解形成透明溶液；把称好的BaTiO3和Bi2S3粉加到上述溶液中，超声振荡使Bi2S3，BaTiO3均匀分散在溶液中，形成稳定的悬浮液；将悬浮溶液倒入表面皿并置于烘箱烘干，即得到介电薄膜；热压并测试介电性能几个步骤，本发明利用简单的混合的方法制备出超高介电的三相Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料，具有操作简单，成本低，良好的机械性能，适合工业生产等特点。

Description

Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种超高介电的三相复合材料及其制备方法，该材料主要用于制备电容器。
背景技术
在电子工业中，具有高介电常数的聚合物基复合材料具有非常广阔的应用前景。对于采用聚合物材料作为电介质的电容器而言，其目前所采用的聚合物电介质多为聚合物单相材料，由于聚合物材料自身相对介电常数较低，一般仅为1～3左右，使得由其生产出的电容器电容密度较低。若采用具有较高介电常数的聚合物基复合材料，则可以在电容器尺寸保持不变的情况下使电容密度获得数十倍乃至上百倍的提高，或者在保持电容密度不变的情况下使得电容器的尺寸大为减小。对于增强电器性能、减小器件尺寸以提高电子元器件的集成度而言，研究开发具有较高介电常数的聚合物基复合材料都具有重要的意义。
依据渗流理论，当导电填料颗粒在聚合物内的加入量达到一个特定的值时，填料颗粒之间会相互连通，形成一个电流的通路，从而使材料由介电体变为导电体。如果颗粒的加入量充分的接近渗流阈值则复合材料的宏观介电常数趋近于无穷大。例如，同样采用简单混合热压工艺，通过将金属Ni颗粒同钛酸钡进行复合，复合材料的介电常数达到1000以上，但是需要在高温1300℃下煅烧而且其机械加工性能不好。党等同样报道了CF-BT/PVDF三相复合材料，在CF体积分数达到15％时介电常数达到100以上，损耗为0.07，但是CF价格比较昂贵，而且介电常数值也不是太高，不太适合工业化的生产。
发明内容
为了解决传统介电材料存在的介电常数低的问题，提供一种Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料，该复合材料由Bi2S3纳米棒、BaTiO3、PVDF组成，其中BaTiO3体积分数为20％，Bi2S3的体积分数为3％～12％，其余的为PVDF。优选的取BaTiO3体积分数为20％，Bi2S3的体积分数为0.09～0.11，其余的为PVDF。
尤其Bi2S3体积分数fBi2S3＝11％时，介电常数可以达到1700以上。
本发明还提供一种制备上述复合材料的方法，该方法采用简单的共混热压的方法得到了高介电、低损耗的三相复合材料，并且该方法中采用的原料都是经过简单合成或是工业产品，没有进行任何处理，所以这种复合材料具有低的成本，适合工业大规模生产。具体的制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照体积百分比fBi2S3＝0.03～0.12，fBaTiO3＝0.20，fPVDF＝0.68～0.77称取原材料，将体积分数换成质量数，称量实验原料。
步骤二、把称好的PVDF加入到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，充分溶解形成透明溶液。
步骤三、把称好的BaTiO3和Bi2S3粉加到上述溶液中，超声振荡20min，使Bi2S3，BaTiO3均匀分散在溶液中，形成稳定的悬浮液。
步骤四、将悬浮溶液倒入表面皿并置于80～100℃烘箱烘干，即得到介电薄膜。
步骤五、热压上述的介电薄膜并测试其介电性能。热压条件：200～220℃，9～10MPa，20～30min。
本发明的优点在于：
(1)复合材料的介电常数很高，最优实施例的介电常数在频率100Hz下高达1700以上，在整个测试频率范围介电常数一直保持在100以上。
(2)无机含量低，使得该复合材料的机械加工性能好，可以加工成不同形状。
(3)所述的制备方法简单，易操作，适合工业化的生产。
(4)复合材料和制备方法的成本低廉。
附图说明
图1是室温下fBi2S3＝0.03时复合材料的介电常数随频率的变化；
图2是室温下fBi2S3＝0.12时复合材料的介电常数随频率的变化；
图3a是fBi2S3＝0.11时复合材料的介电常数随频率的变化关系；
图3b是fBi2S3＝0.11时复合材料的介电常数随温度的变化关系；
图4是室温下复合材料中Bi2S3体积分数fBi2S3与介电常数的关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的符合材料及其制备方法进行详细说明。
本发明提供一种Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料，该材料由Bi2S3纳米棒、BaTiO3、PVDF组成，其中BaTiO3体积分数为20％，Bi2S3的体积分数为0.03～0.12，其余的为PVDF。优选的取BaTiO3体积分数为20％，Bi2S3的体积分数为0.09～0.11，其余的为PVDF。
其中BaTiO3，PVDF均为工业生产的产品，DMF为市售化学纯，所有原料未经任何处理。
Bi2S3纳米棒是在实验室用简单的水溶液法制备的，具体制备方法为：
(1)称取5.7g BiCl3加入到24ml去离子水中，搅拌，接着逐滴加入36％的HCl直至溶液变澄清。
(2)称8.4g硫化钠(Na2S·9H2O)使其搅拌溶解在15ml去离子水中。
(3)将上述两种溶液混合，倒入热压反应釜中，然后用质量分数36％的HCl调节溶液PH＝1～2。
(4)将反应釜放在180℃烘箱反应18小时；然后自然冷却至室温，过滤，用水，乙醇充分洗涤，即得纳米棒Bi2S3。
本发明还提供一种制备上述的Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料的方法，具体步骤为：
步骤一、按照体积百分比fBi2S3＝0.03～0.12，fBaTiO3＝0.20，fPVDF＝0.68～0.77称取原材料，将体积分数换成质量数，称量实验原料。
步骤二、把称好的PVDF加入到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，充分溶解形成透明溶液。
步骤三、把称好的BaTiO3和Bi2S3加到上述溶液中，超声振荡20min，使Bi2S3，BaTiO3均匀分散在溶液中，形成稳定的悬浮液。
步骤四、将悬浮溶液倒入表面皿并置于80～100℃烘箱烘干，即得到介电薄膜。
步骤五、热压上述的介电薄膜并测试其介电性能。热压条件：200～220℃，9～10MPa，20～30min。
实施例1制备体积百分比fBi2S3＝0.03复合材料。具体步骤如下：
(1)按照体积百分比fBi2S3＝0.03，fBaTiO3＝0.20，fPVDF＝0.77，称取原材料。将体积分数换成质量数，各原料分别为：0.0790g，0.3900g，0.4620g，称量实验原料。
(2)把称好的PVDF加入到40ml的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，充分溶解形成透明溶液。
(3)把称好的BaTiO3和Bi2S3纳米棒加到上述透明溶液中，超声振荡20min，使Bi2S3，BaTiO3均匀分散在溶液中，形成稳定的悬浮液。
(4)将上述的悬浮液倒入表面皿然后将其置于100℃烘箱烘干，即得到介电薄膜。
(5)热压上述的介电薄膜并测试介电性能。热压条件：210℃，10MPa，25min。
图1是应用本发明的制备方法制备得到的体积百分比fBi2S3＝0.03复合材料的介电常数与频率的关系图，从图中可以看出，介电常数在100Hz下为23左右。
实施例2：制备体积百分比fBi2S3＝0.12复合材料。具体步骤如下：
(1)按照体积百分比fBi2S3＝0.12，fBaTiO3＝0.20，fPVDF＝0.69称取原材料。将体积分数换成质量数，各原料分别为：0.3160g，0.3900g，0.4140g，称量实验原料。
(2)把称好的PVDF加入到30ml的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，充分溶解形成透明溶液。
(3)把称好的BaTiO3和Bi2S3加到上述透明溶液中，超声振荡20min，使Bi2S3，BaTiO3均匀分散在溶液中，形成稳定的悬浮液。
(4)将上述的悬浮液倒入表面皿并置于100℃烘箱烘干，即得到介电薄膜。
(5)热压上述的介电薄膜并测试介电性能。热压条件：210℃，10MPa，25min。
图2是该复合材料的介电常数与频率的关系图，从图中可以看出，介电常数在100Hz下可以达到180左右。
实施例3：制备体积百分比fBi2S3＝0.11复合材料。具体步骤如下：
(1)按照体积百分比fBi2S3＝0.11，fBaTiO3＝0.20，fPVDF＝0.69称取原材料，将体积分数换成质量数，各原料分别为：0.2900g，0.3900g，0.4140g，称量实验原料。
(2)把称好的PVDF加入到35ml的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，充分溶解形成透明溶液。
(3)把称好的BaTiO3和Bi2S3加到上述透明溶液中，超声振荡20min，使Bi2S3，BaTiO3均匀分散在溶液中，形成稳定的悬浮液。
(4)将上述悬浮液倒入表面皿置于100℃烘箱烘干，即得到介电薄膜。
(5)热压测试介电性能。将介电薄膜热压并测试其介电性能，热压条件：210℃，10MPa，25min。
图3a是介电常数与频率的关系图，从图中可以看出，介电常数在100Hz下高达1700以上，且在整个频率测试范围介电常数一直在80以上，可见本发明的复合材料是一种高介电的复合材料。图3b是介电常数与温度的关系图，从图中可以看出，该复合材料有着很好的热稳定性。
实施例4：制备体积百分比fBi2S3＝0.09复合材料。具体步骤如下：
(1)按照体积百分比fBi2S3＝0.09，fBaTiO3＝0.20，fPVDF＝0.71称取原材料，将体积分数换成质量数，各原料分别为：0.2370g，0.3900g，0.426g，称量实验原料。
(2)把称好的PVDF加入到37ml的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，充分溶解形成透明溶液。
(3)把称好的BaTiO3和Bi2S3加到上述透明溶液中，超声振荡25min，使Bi2S3，BaTiO3均匀分散在溶液中，形成稳定的悬浮液。
(4)将上述悬浮液倒入表面皿置于100℃烘箱烘干，即得到介电薄膜。
(5)热压测试介电性能。将介电薄膜热压并测试其介电性能，热压条件：210℃，10MPa，25min。
图4是复合材料的Bi2S3体积分数fBi2S3与介电常数之间的关系。从图中可以看出介电常数出现了一个最大值，此时的复合材料处于一个渗流状态，这个时候的Bi2S3体积分数fBi2S3就叫做该复合材料的渗流阈值。

Claims (3)

1.Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料，其特征在于：该复合材料由Bi2S3纳米棒、BaTiO3和PVDF组成，其中BaTiO3体积分数为0.20，Bi2S3的体积分数为0.03～0.11，其余的为PVDF；
所述的Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按照体积分数：fBi2S3＝0.03～0.11，fBaTiO3＝0.20，其余为PVDF，将体积分数换成质量，称量实验原料；
步骤二、把称好的PVDF加入到N，N-二甲基甲酰胺中，充分溶解形成透明溶液；
步骤三、把称好的BaTiO3和Bi2S3纳米棒加到上述溶液中，超声振荡20min，使Bi2S3，BaTiO3均匀分散在溶液中，形成稳定的悬浮液；
步骤四、将悬浮溶液倒入表面皿并置于80～100℃烘箱烘干，即得到介电薄膜；
步骤五、热压上述的介电薄膜并测试其介电性能；热压条件：200～220℃，9～10MPa，20～30min。
2.根据权利要求1所述的Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料，其特征在于：所述的BaTiO3体积分数为0.20，Bi2S3的体积分数为0.03，其余的为PVDF。
3.根据权利要求1所述的Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料，其特征在于：所述的BaTiO3体积分数为0.20，Bi2S3的体积分数为0.11，其余的为PVDF。
CN200810240054XA 2008-12-17 2008-12-17 Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料及其制备方法 Expired - Fee Related CN101423644B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200810240054XA CN101423644B (zh) 2008-12-17 2008-12-17 Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200810240054XA CN101423644B (zh) 2008-12-17 2008-12-17 Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101423644A CN101423644A (zh) 2009-05-06
CN101423644B true CN101423644B (zh) 2010-12-22

Family

ID=40614539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200810240054XA Expired - Fee Related CN101423644B (zh) 2008-12-17 2008-12-17 Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101423644B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103456521B (zh) * 2013-09-27 2016-05-18 西南大学 氢氧化钴/硫化铋复合纳米线超级电容电极材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101423644A (zh) 2009-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107474312B (zh) 陶瓷填充聚四氟乙烯微波复合介质基板的制备方法
CN101423645B (zh) 一种介电复合材料及其制备方法
CN102702652A (zh) 一种高介电常数低损耗金属/聚合物复合材料及其制备方法
CN102337019B (zh) 高介电性能聚芳醚酮/聚苯胺-碳纳米管复合材料及其制备方法
CN106116574A (zh) 一种低温烧结锂镁铌系微波介质陶瓷的制备方法
CN109437663A (zh) 一种具有近零介电常数温度系数的聚四氟乙烯基陶瓷复合材料及其制备方法
CN103553589A (zh) 一种制备CaCu3Ti4O12陶瓷材料的方法
CN105489399B (zh) 一种Co3O4/氮掺杂石墨烯复合电极材料的制备方法
CN107746272A (zh) 微波介质陶瓷、聚四氟乙烯‑陶瓷复合基板及制备方法
CN101423644B (zh) Bi2S3-BaTiO3/PVDF复合材料及其制备方法
CN106893303A (zh) 一种高介电常数轻质介质基材及其制备方法
Liu et al. Highly tunable negative permittivity of carbon nanofiber/alumina metacomposites at different external temperatures
CN110343276A (zh) 一种具有负介电性能的石墨烯/聚乙烯醇柔性复合薄膜及其制备方法
CN103755958B (zh) 一种聚酰亚胺/钛酸铜钙包覆银纳米颗粒复合材料的制备方法
CN108641358A (zh) 一种具有负介电常数的碳纳米管/聚苯硫醚的制备方法
CN105819832A (zh) 氧化铍/碳化硅复合微波衰减陶瓷及其制备方法
CN105924168A (zh) 一种TiO2掺杂ZnNb2O6陶瓷靶材的制备方法
CN113024974A (zh) 一种一维TiO2纳米线杂化结构掺杂的聚偏氟乙烯复合薄膜及其制备方法
CN110066484B (zh) 一种具有负介电性能的碳纳米管-石墨-聚偏氟乙烯三元复合材料及其制备方法
Chen et al. Porous CoO/carbon foam composites synthesized by solvothermal method for supercapacitor and enhanced microwave absorption applications
CN104211383B (zh) 一种低温烧结Zn2SiO4微波介质陶瓷的方法
CN111484073A (zh) 一种离子液体辅助制备空心纳米棒二氧化钛负极材料的方法
CN104761258A (zh) 一种低温烧结锆酸钙微波介质陶瓷的方法
CN113174098B (zh) 一种防水解硼酸基微波介质聚合物陶瓷材料及其制备方法
CN105819850B (zh) 一种y8r型电容器陶瓷介质材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20101222

Termination date: 20181217

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee