CN102875939B - 一种铌酸钾/聚偏氟乙烯高介电复合材料的制备方法 - Google Patents

一种铌酸钾/聚偏氟乙烯高介电复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种铌酸钾/聚偏氟乙烯高介电复合材料的制备方法，属于介电复合材料技术领域。将聚偏氟乙烯加入DMF中，超声20～40min，得到聚偏氟乙烯的浓度为10～50wt%的透明溶液A；将铌酸钾加入到透明溶液A中，超声5～20min，把得到的悬浊液倒入玻璃皿中，置于80～120℃下烘干成膜，即可得到铌酸钾/聚偏氟乙烯复合薄膜B，铌酸钾与聚偏氟乙烯质量比为1∶9～5∶5；将铌酸钾/聚偏氟乙烯复合薄膜B折叠后放入热压模具中，然后将磨具放在粉末压片机上热压成型。本发明的复合材料介电常数较高、介电损耗较低、制备工艺简单、绿色环保的高介电常数聚合物基复合材料的制备方法。

Description

一种铌酸钾/聚偏氟乙烯高介电复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及铌酸钾/聚偏氟乙烯高介电复合材料的制备方法，该介电复合材料特别适用于电容器、铁电存储器等电子器件，属于介电复合材料技术领域。
背景技术
随着电子信息工业近几十年的快速发展，以低成本生产具有高介电常数、低介电损耗和易加工等优异性能的聚合物基复合材料成为工程电介质材料研究的热点和重点。基于传统的协同原理，发挥陶瓷的高介电性能和聚合物的韧性优点，将陶瓷材料和聚合物材料采用适当的配比复合，所得材料可以克服陶瓷材料自身的脆性和聚合物材料的温度限制，可以成倍提高复合材料的某些电性能。
目前，制备陶瓷/聚合物高介电复合材料经常选择的填料主要是钛酸铅(PbTiO3)体系材料和钛酸钡(BaTiO3)体系材料。由于钛酸铅基陶瓷及陶瓷与聚合物材料中的铅会给人类和生态环境造成严重损害，很多国家己经立法禁止使用含铅的电子材料。近几年，无铅电介质材料的研究和开发取得了长足的进步。2010年，Y.P.Mao等人对介电陶瓷/有机聚合物复合材料作了研究，制备出了介电常数为93的BaTiO3/PVDF复合材料，但是材料的介电损耗值比较高。同时，BaTiO3的居里温度只有120°C，限制了材料的温度使用范围(Journal of AppliedPhysics，2010年第108卷014102页)。
铌酸钾(KNbO3)是一种重要的钙钛矿型无铅铁电体(居里温度Tc=435°C)，具有非常高的压电性能，其kt高达69%，是极有希望替代铅基陶瓷的候选材料。而聚偏氟乙烯(PVDF)，具有高的介电常数(室温下l00Hz频率时约10)，可以长期在120°C工作，模量相对也较高，并且具有强压电和热电性，电声响应频率曲线平滑，信噪比高，化学稳定性好，易制成大面积柔韧薄膜等优点，因此铌酸钾与聚偏氟乙烯做成的电介质复合材料具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供了一种介电常数较高、介电损耗较低、制备工艺简单、绿色环保的高介电常数聚合物基复合材料的制备方法。
本发明所提供的一种铌酸钾/聚偏氟乙烯高介电复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照铌酸钾与聚偏氟乙烯质量比为1∶9~5∶5，称取原料铌酸钾和聚偏氟乙烯粉体，其中铌酸钾颗粒尺寸为200~600nm。将聚偏氟乙烯加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，超声20~40min，使聚偏氟乙烯完全溶入N,N-二甲基甲酰胺中，得到聚偏氟乙烯的浓度为10~50wt%的透明溶液A；
2)将已称量的铌酸钾加入到透明溶液A中，超声5~20min，把得到的悬浊液倒入玻璃皿中，置于80~120°C下烘干成膜，即可得到铌酸钾/聚偏氟乙烯复合薄膜B；
3)将铌酸钾/聚偏氟乙烯复合薄膜B折叠后放入热压模具中，然后将磨具放在粉末压片机上，在温度为180~220°C、压力为10~25MPa、时间为5~20min热压成型，得到铌酸钾/聚偏氟乙烯复合材料。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
本发明方法克服了背景技术的制备方法中存在的诸多问题，得到的铌酸钾/聚偏氟乙烯电介质复合材料同时具有较高的介电常数和较好的柔韧性能。同时，本发明操作方法简单，制备周期短，能耗和成本低，污染少。
附图说明
采用Hitachi S–4800扫描电子显微镜测定所制备材料的显微形貌。采用LCR数字电桥(Agilent E4294)在100Hz~10MHz测试复合材料的介电常数和介电损耗。用Premier Ⅱ(Radiant Technologies)铁电分析仪测试复合材料的电滞回线，上述性质参数，是在室温下测得。
图1：铌酸钾/聚偏氟乙烯电介质复合材料的扫描电镜图。
图2：铌酸钾/聚偏氟乙烯电介质复合材料的介电常数。
图3：铌酸钾/聚偏氟乙烯电介质复合材料的介电损耗。
图4：铌酸钾/聚偏氟乙烯电介质复合材料的电滞回线。
其中，图1~4中a，b，c，d分别代表具体实施例1-4中的得到铌酸钾/聚偏氟乙烯电介质复合材料a，b，c，d。
具体实施方式
实施例1
1)按照铌酸钾与聚偏氟乙烯质量比为5∶5，称取原料铌酸钾和聚偏氟乙烯粉体，其中铌酸钾颗粒尺寸为300nm。将聚偏氟乙烯加入N,N-二甲基甲酰胺中，超声30min，使聚偏氟乙烯完全融入N,N-二甲基甲酰胺中，得到聚偏氟乙烯的浓度为30wt%的透明溶液A；
2)将已称量的铌酸钾加入到透明溶液A中，超声10min，把得到的悬浊液倒入玻璃皿中，置于烘箱中，在100°C下烘干成膜，即可得到铌酸钾/聚偏氟乙烯复合薄膜B，其中铌酸钾与聚偏氟乙烯质量比为5∶5；
3)将铌酸钾/聚偏氟乙烯复合薄膜B折叠后放入热压模具中，然后将磨具放在粉末压片机上，在温度为200°C、压力为20MPa、时间为10min热压成型，得到铌酸钾/聚偏氟乙烯电介质复合材料a。
实施例2
1)按照铌酸钾与聚偏氟乙烯质量比为3∶7，称取原料铌酸钾和聚偏氟乙烯粉体，其中铌酸钾颗粒尺寸为200nm。将聚偏氟乙烯加入N,N-二甲基甲酰胺中，超声40min，使聚偏氟乙烯完全融入N,N-二甲基甲酰胺中，得到聚偏氟乙烯的浓度为50wt%的透明溶液A；
2)将已称量的铌酸钾加入到透明溶液A中，超声5min，把得到的悬浊液倒入玻璃皿中，置于烘箱中，在120°C下烘干成膜，即可得到铌酸钾/聚偏氟乙烯复合薄膜B，其中铌酸钾与聚偏氟乙烯质量比为3∶7；
3)将铌酸钾/聚偏氟乙烯复合薄膜B折叠后放入热压模具中，然后将磨具放在粉末压片机上，在温度为220°C、压力为10MPa、时间为20min热压成型，得到铌酸钾/聚偏氟乙烯电介质复合材料b。
实施例3
1)按照铌酸钾与聚偏氟乙烯质量比为1∶9，称取原料铌酸钾和聚偏氟乙烯粉体，其中铌酸钾颗粒尺寸为400nm。将聚偏氟乙烯加入N,N-二甲基甲酰胺中，超声20min，使聚偏氟乙烯完全融入N,N-二甲基甲酰胺中，得到聚偏氟乙烯的浓度为10wt%的透明溶液A；
2)将已称量的铌酸钾加入到透明溶液A中，超声20min，把得到的悬浊液倒入玻璃皿中，置于烘箱中，在80°C下烘干成膜，即可得到铌酸钾/聚偏氟乙烯复合薄膜B，其中铌酸钾与聚偏氟乙烯质量比为1∶9；
3)将铌酸钾/聚偏氟乙烯复合薄膜B折叠后放入热压模具中，然后将磨具放在粉末压片机上，在温度为180°C、压力为25MPa、时间为5min热压成型，得到铌酸钾/聚偏氟乙烯电介质复合材料c。
实施例4
1)按照铌酸钾与聚偏氟乙烯质量比为5∶5，称取原料铌酸钾和聚偏氟乙烯粉体，其中铌酸钾颗粒尺寸为600nm。将聚偏氟乙烯加入N,N-二甲基甲酰胺中，超声25min，使聚偏氟乙烯完全融入N,N-二甲基甲酰胺中，得到聚偏氟乙烯的浓度为20wt%的透明溶液A；
2)将已称量的铌酸钾加入到透明溶液A中，超声15min，把得到的悬浊液倒入玻璃皿中，置于烘箱中，在100°C下烘干成膜，即可得到铌酸钾/聚偏氟乙烯复合薄膜B，其中铌酸钾与聚偏氟乙烯质量比为5∶5；
3)将铌酸钾/聚偏氟乙烯复合薄膜B折叠后放入热压模具中，然后将磨具放在粉末压片机上，在温度为200°C、压力为25MPa、时间为10min热压成型，得到铌酸钾/聚偏氟乙烯电介质复合材料d。

Claims (1)

1.一种铌酸钾/聚偏氟乙烯高介电复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照铌酸钾与聚偏氟乙烯质量比为5∶5，称取原料铌酸钾和聚偏氟乙烯粉体，其中铌酸钾颗粒尺寸为300nm；将聚偏氟乙烯加入N,N-二甲基甲酰胺中，超声30min，使聚偏氟乙烯完全融入N,N-二甲基甲酰胺中，得到聚偏氟乙烯的浓度为30wt％的透明溶液A；
2)将已称量的铌酸钾加入到透明溶液A中，超声10min，把得到的悬浊液倒入玻璃皿中，置于烘箱中，在100℃下烘干成膜，即可得到铌酸钾/聚偏氟乙烯复合薄膜B，其中铌酸钾与聚偏氟乙烯质量比为5∶5；
3)将铌酸钾/聚偏氟乙烯复合薄膜B折叠后放入热压模具中，然后将磨具放在粉末压片机上，在温度为200℃、压力为20MPa的条件下热压10min成型，得到铌酸钾/聚偏氟乙烯电介质复合材料。
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