CN102675779A - 一种含有改性石墨烯高介电常数三相复合材料及制备方法 - Google Patents

一种含有改性石墨烯高介电常数三相复合材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种含有改性石墨烯高介电常数三相复合材料及其制备方法属于电介质材料领域。现有聚合物基电介质复合材料为了实现较高的介电常数，需要在复合材料之中添加较高含量的陶瓷粒子，大量的陶瓷粒子将会损害复合材料的机械性能和电学性能。本发明所提供的聚合物基电介质复合材料由三相组成；分别是聚合物基体聚偏氟乙烯，以及填料粒子钛酸钡和本征态聚苯胺改性的石墨烯粒子。通过向复合材料中引入改性石墨烯粒子，降低的陶瓷粒子的含量。采用溶液法将聚合物与无机粒子进行复合，利用热压工艺对复合材料进行加工成型，最终得到无机/聚合物三相复合材料。本发明提供的复合材料具有介电常数高、粘结性能好、制备工艺简单等优点。

Description

一种含有改性石墨烯高介电常数三相复合材料及制备方法
技术领域
[0002] 本发明属于电介质材料领域，具体涉及一种含有改性石墨烯高介电常数三相复合材料及制备方法。
背景技术                                                                             
随着电子工业向微型化方向发展，埋入式电容器得到了广泛的应用，聚合物基电介质复合材料是一种理想的应用于埋入式电容器的电介质材料。
目前，聚合物基电介质复合材料的制备主要是采用将大量的具有高介电常数的陶瓷粒子或导电粒子填入到聚合物中进行制备。如，Dang Zhimin等在“Advanced Calcium Copper Titanate/Polyimide Functional Hybrid Films with High Dielectric Permittivity”(《Advanced Materials》，2009，21，pp. 2077-2082)一文中以热固性聚合物聚酰亚胺做为基体，以钛酸钡 (BaTiO3)为无机分散相，制备了聚合物基介电复合材料。该复合材料中，BaTiO3的体积分数达到40%，但复合材料的介电常数仅为49。
又如，Chen Zhang等在“BaTiO3??Epoxy Composite Material with High Dielectric Constant”（《Journal of Materials Science & Engineering》2007，25（6），pp. 914-916）一文中以环氧树脂为基体，以BaTiO3（BT）为无机分散相,制备了高介电常复合材料。这种复合材料的介电常数在BT体积分数为40%时达到25，虽然复合材料的介电常数比所对应的环氧树脂基体的介电常数有显著的提高。但是复合材料的中陶瓷粒子的含量较多，会使得复合材料的韧性降低，粘结性变差。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的问题，而提供一种介电常数高、陶瓷含量较低的，三相聚合物基电介质复合材料。
本发明的技术方案是：一种含有改性石墨烯高介电常数三相复合材料，该复合材料包括聚合物基体，同时使用了加入两种无机粒子作为填料，所述聚合物基体为聚偏氟乙烯，无机粒子为粒径为钛酸钡粒子，以及本征态聚苯胺改性的石墨烯粒子；
所述钛酸钡粒子占总体积分数为10-30 %，
所述聚苯胺改性石墨烯粒子占总体积分数为0.63-1.23 %，
所述聚偏氟乙烯占总体积分数为69-89 %。
本发明的另一目的是提供上述一种含有改性石墨烯高介电常数三相复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将一定量的粒径为95-105nm的钛酸钡粒子以及改性石墨烯粒子加入到N，N-二甲基甲酰胺溶液之中而后超声振荡29-31min，再将聚偏氟乙烯加入到N，N-二甲基甲酰胺中，于65-75℃搅拌115-125min，得到聚偏氟乙烯溶液；
2）将步骤1制备得到的聚偏氟乙烯溶液倒入到乙醇之中，静置3-5h后，将产物进行抽滤，将抽滤所得产物在75-85℃的烘箱中烘2-4h；
3）将步骤2制备得到的烘干后的产物置于模具中于185-195℃、10-20MPa下热压5-15 min，得到高介电常数无机/聚合物三相电介质复合材料。
 
本发明具有以下效果：
1）本发明所提供的多层聚合物基电介质复合材料同时具有较高的介电常数和较好的粘结性能。
2）本发明所提供的制备方法，工艺简单，成型温度低。
附图说明
图1、实施例1、2、3、制备的复合材料室温下的介电常数与频率的关系图。
图2、实施例1、2、3、制备的复合材料室温下的损耗因子与频率的关系图。
图3、实施例1、2、3、制备的复合材料室温下的交流电导率与频率的关系图。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
实施例1
1）将0.0057gREB与0.3363g粒径为95-105nm的BaTiO3加入DMF中，超声分散25min，向DMF中加入PVDF 0.9000g,与65℃下磁力搅拌115min，得到聚合物溶液；
2）将聚合物溶液倒入到300mL的乙醇之中，静置3h后，对产物进行抽滤，并在75℃的烘箱中烘2h，
3）将烘干后的产物置于模具中，于185℃、10Pa下热压5min，得到高介电常数无机/聚合物三相电介质复合材料。
实施例2
1）将0.7567g粒径为95-105nm的BaTiO3加入以及0.0085gREB加入到DMF中，超声分散20in，向DMF中加入PVDF 0.9000g,与70℃下磁力搅拌120min，得到聚合物溶液；
2）将聚合物溶液倒入到乙醇之中，静置4h后，对产物进行抽滤，并在80℃的烘箱中烘3h，
3）将烘干后的产物置于模具中，于190℃、15MPa下热压10min，得到高介电常数无机/聚合物三相电介质复合材料。
实施例3
1）将0.0114粒径为95-105nm的BaTiO3加入以及1.300gREB加入到50mL DMF中，超声分散25min，向DMF中加入PVDF 0.9000g,与75℃下磁力搅拌125min，得到聚合物溶液；
2）将聚合物溶液倒入乙醇之中，静置5h后，对产物进行抽滤，并在85℃的烘箱中烘4h，
3）将烘干后的产物置于模具中，于195℃、20MPa下热压15min，得到高介电常数无机/聚合物三相电介质复合材料。

Claims (2)

1.一种含有改性石墨烯高介电常数三相复合材料，其特征在于,所述复合材料包括聚合物基体，同时使用了加入两种无机粒子作为填料，所述聚合物基体为聚偏氟乙烯，无机粒子为粒径为钛酸钡粒子，以及本征态聚苯胺改性的石墨烯粒子；
钛酸钡粒子在复合材料中占的总体积分数为10-30 %，
聚苯胺改性石墨烯粒子占总体积分数为0.63-1.23 %，
聚偏氟乙烯占总体积分数为69-89 %。
2.根据权利要求1所述的一种含有改性石墨烯高介电常数三相复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将一定量的粒径为95-105nm的钛酸钡粒子以及改性石墨烯粒子加入到N，N-二甲基甲酰胺溶液之中而后超声振荡29-31min，再将聚偏氟乙烯加入到N，N-二甲基甲酰胺中，于65-75℃搅拌115-125min，得到聚偏氟乙烯溶液；
2）将步骤1制备得到的聚偏氟乙烯溶液倒入到乙醇之中，静置3-5h后，将产物进行抽滤，将抽滤所得产物在75-85℃的烘箱中烘2-4h；
3）将步骤2制备得到的烘干后的产物置于模具中于185-195℃、10-20MPa下热压5-15min，得到高介电常数无机/聚合物三相电介质复合材料。
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