CN105367959A - 一种核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料的制备方法，属于复合材料技术领域。本发明将碳化硅热氧化处理生成包覆二氧化硅壳层的SiC@SiO2核壳结构粉体，将其加入到PVDF树脂稀释液中，加热，蒸干溶剂，得到SiC@SiO2核壳结构粉体的聚合物基介电复合材料，所述复合材料具有较低的介电损耗，有效地避免了半导体功能相因相互接触而形成漏导，具有较高的介电常数和较高力学强度和韧性。所述制备方法造价低廉、操作简单。

Description

一种核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种碳化硅@二氧化硅(SiC@SiO2)核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料的制备方法。
背景技术
近年来，聚合物基介电复合材料因具有高介电常数、低介电损耗及优异的机械性能而受到广泛关注。高介电常数聚合物基复合材料综合了传统电介质材料和聚合物的优点，具有成本低、易加工、轻质和力学性能优异的特点，引起了世界内的广泛关注和研究。高介电常数聚合物基复合材料在制备内嵌式多层薄膜电容器及高储能电容器等方面已经得到广泛应用；此外，在微电子、电气工程、传感测控和生物工程等领域也获得重要应用。
目前，由纳米导电体、铁电陶瓷等功能相和聚合物基体复合制备的高介电常数聚合物基复合材料在工程应用中存在着如下弊端和问题：
1)在导体粒子逾渗阀值附近的聚合物介电性能不稳定，高介电常数常伴随较高介电损耗。
对基于渗流理论的高介电常数的导体功能相/聚合物复合材料的研究和开发已经做了大量工作，但有一个关键问题没有得到解决，即介电性能的重现性(稳定性问题)。高介电常数的导体功能相/聚合物复合材料的介电性能对其影响因素(尤其是导体的相关参量)非常敏感，如功能相用量在逾渗阀值附近的微量变化会引起体系电导率的急剧变化，给高介电常数的导体功能相/聚合物复合材料生产控制以及材料性能的稳定性带来了极大困难和挑战。
此外，在导体填料渗流阈值附近，导体功能相/聚合物复合材料的介电常数达到最高值时，介电损耗特别大，降低了导体功能相/聚合物复合材料的击穿电压和使用性能。
2)当铁电陶瓷功能相体积分数≥40％时，铁电陶瓷功能相/聚合物复合材料才能获得高介电常数，严重降低了铁电陶瓷功能相/聚合物复合材料的力学强度和韧性，增加了介电损耗。
由于抗拉强度、冲击韧性降低及介电损耗增加，使得聚合物基复合材料难以实际工程应用。单纯依靠金属和碳纳米导体粒子或铁电粒子无法获得具有稳定的介电常数及低介电损耗的聚合物基介电复合材料。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种将碳化硅(SiC)热氧化处理生成包覆二氧化硅(SiO2)壳层的SiC@SiO2核壳结构粉体及聚偏氟乙烯(PVDF)基介电复合材料的制备方法，所制备的介电复合材料可以在较低的SiC@SiO2核壳结构粉体掺杂体积分数(25vol.％)下达到较高的介电常数和低介电损耗。
本发明提供的核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料的制备方法，具体包括以下几个步骤：
步骤一：制备SiC@SiO2核壳结构粉体；
将碳化硅颗粒或晶须放置到旋转管式热氧化设备中，热氧化处理。冷却，取出，得到SiC@SiO2核壳结构粉体。
所述的碳化硅颗粒的粒径为1～2μm，密度为2.6g/cm3。所述的碳化硅晶须的直径为0.5～2μm，长径比大于40，密度为3.2g/cm3。
所述的旋转管式热氧化设备是具有旋转功能的石英管加热设备，石英管的旋转速度为5～20r/min。所述热氧化处理的温度为500～900℃，时间为3～8h。
步骤二：制备PVDF树脂稀释液；
称取PVDF树脂，将其加入到氮,氮-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，加热，磁力搅拌，得到PVDF树脂稀释液。
所述的PVDF树脂的分子量为30～50万，密度为1.79g/cm3，熔融温度为169℃。所述的PVDF和DMF的质量比满足1:20～1:60。
所述磁力搅拌的温度为50～60℃，时间为1～3h。
步骤三：制备悬浮液；
将步骤一制得的SiC@SiO2核壳结构粉体加入到步骤二中配置好的PVDF树脂稀释液中，超声震荡，磁力搅拌，得到悬浮液。
所述SiC@SiO2核壳结构粉体和PVDF树脂稀释液的质量比满足1:20～1:40。
步骤四：制备SiC@SiO2核壳结构粉体的聚合物基介电复合材料；
将步骤三中制备的悬浮液倒入洁净的带加热底盘的玻璃表面皿模具中，将玻璃表面皿模具置于水平校正的加热台上，加热，蒸干溶剂，得到SiC@SiO2核壳结构粉体的聚合物基介电复合材料。
所述的加热台的加热的温度为60～90℃，加热的时间为0.5～1h。
所述SiC@SiO2核壳结构粉体的聚合物基介电复合材料薄膜的厚度为20～100μm。
本发明将具有核壳结构的半导体SiC@SiO2核壳结构粉体掺杂到PVDF树脂中，制备SiC@SiO2核壳结构粉体的PVDF基介电复合材料，当微米SiC@SiO2核壳结构颗粒在介电复合材料中的体积分数(vol.％)为25％时，SiC@SiO2核壳结构粉体的PVDF基介电复合材料的介电常数达52(@100Hz)，介电损耗仅为0.03(@100Hz)；当微米碳化硅核壳晶须在介电复合材料中的体积分数(vol.％)为25％时，SiC@SiO2核壳结构晶须的PVDF基介电复合材料的介电常数达3425(@100Hz)，介电损耗仅为0.87(@100Hz)。
本发明具有的优点在于：
1、本发明提出一种SiC@SiO2核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料的制备方法，造价低廉、操作简单。
2、本发明制备的SiC@SiO2核壳结构粉体的PVDF基介电复合材料具有较低的介电损耗，有效地避免了半导体功能相因相互接触而形成漏导。
3、本发明制备的SiC@SiO2核壳结构粉体的PVDF基介电复合材料具有较高的介电常数。
4、本发明制备的SiC@SiO2核壳结构粉体的PVDF基介电复合材料体系具有较高力学强度和韧性。
附图说明
图1为自制的具有旋转调速功能的石英管加热设备的结构示意图；
图2为原生碳化硅颗粒透射电镜照片；
图3为500度3h热氧化处理后的SiC@SiO2核壳结构颗粒透射电镜照片；
图4为700度6h热氧化处理后的SiC@SiO2核壳结构颗粒透射电镜照片；
图5为900度8h热氧化处理后的SiC@SiO2核壳结构颗粒透射电镜照片；
图6为碳化硅晶须透射电镜照片；
图7为500度3小时热氧化处理后的SiC@SiO2核壳结构晶须透射电镜照片；
图8为900度8小时热氧化处理后的SiC@SiO2核壳结构晶须透射电镜照片；
图9为SiC颗粒的PVDF基介电复合材料和SiC@SiO2核壳结构颗粒的PVDF基介电复合材料的介电常数-频率对比图；
图10为SiC颗粒的PVDF基介电复合材料和SiC@SiO2核壳结构颗粒的PVDF基介电复合材料的介电损耗-频率对比图；
图11为SiC晶须的PVDF基介电复合材料和SiC@SiO2核壳结构晶须的PVDF基介电复合材料的介电常数-频率对比图；
图12为SiC晶须的PVDF基介电复合材料和SiC@SiO2核壳结构晶须的PVDF基介电复合材料的介电损耗-频率对比图。
图中：
1.可控温炉体；2.炉膛；3.动力旋转电机；4.石英管；5.夹具；6.调速器；7.支架A；8.支架B；9.膨胀段。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种SiC@SiO2核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料的制备方法，具体包括以下几个步骤：
步骤一：制备SiC@SiO2核壳结构粉体；
将碳化硅颗粒或晶须放置到旋转管式热氧化设备中，热氧化处理。冷却，取出，得到SiC@SiO2核壳结构粉体，备用。
所述的碳化硅颗粒的粒径为1～2μm，密度为2.6g/cm3。所述的碳化硅晶须的直径为0.5～2μm，长径比大于40，密度为3.2g/cm3。
所述的旋转管式热氧化设备是具有旋转功能的石英管加热设备，旋转速度为5～20r/min。
热氧化处理的温度为500～900℃，时间为3～8h。
步骤二：制备PVDF树脂稀释液；
称取PVDF树脂，将其加入到氮,氮-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，加热，磁力搅拌，得到PVDF树脂稀释液。
所述的PVDF树脂的分子量为30～50万，密度为1.79g/cm3，熔融温度为169℃。所述的PVDF和DMF的质量比满足1:20～1:60。
所述的磁力搅拌的搅拌速度范围为500～2000r/min，温度为50～70℃，时间为0.5～3h。
步骤三：制备悬浮液；
将步骤一得到的SiC@SiO2核壳结构粉体加入到步骤二中配置的PVDF树脂稀释液中，使用超声清洗设备超声震荡1h，超声震荡的功率为400W，施加速度为500～2000r/min的磁力搅拌，搅拌24h，得到悬浮液。
所述SiC@SiO2核壳结构粉体和PVDF树脂稀释液的质量比满足0.5～1％。
步骤四：制备SiC@SiO2核壳结构粉体的聚合物基介电复合材料薄膜；
将步骤三中制备的悬浮液倒入洁净的带加热底盘的玻璃表面皿模具中，将玻璃表面皿模具置于水平校正的加热台上，加热，蒸干溶剂，得到SiC@SiO2核壳结构粉体的聚合物基介电复合材料薄膜,薄膜的厚度可调为20～100μm。
所述的加热台的加热温度为60～90℃，加热的时间为0.5～3h。
下面给出具体实施例。
实施例1
步骤一：制备SiC@SiO2核壳结构粉体；
将粒径为1μm的原生碳化硅颗粒置于旋转管式热处理设备的石英管中间凸起部，热氧化处理。碳化硅颗粒的透射电镜照片如图2所示，可以看出β-晶形碳化硅的表面非常光滑，具有典型的晶体形态。热氧化处理温度为500℃，热氧化处理时间为3h，调整石英管的旋转速度为5r/min。冷却，取出，得到SiC@SiO2核壳结构颗粒。SiC@SiO2核壳结构颗粒的透射电镜照片如图3所示，可以看出原本光滑的碳化硅颗粒表面生成了一层非晶二氧化硅壳层，壳层厚度为2～3nm。
所述的旋转管式热处理设备，如图1所示。包括可控温炉体1、炉膛2、动力旋转电机3、石英管4、夹具5、调速器6和支架A7、支架B8，所述可控温炉体为高温加热炉，温度调控范围为室温到1200度，在500度到900度温度区间内，炉膛2的温度精度可达正负10度；动力旋转电机功率80W；石英管长度为120厘米，直径6厘米，石英管4具有圆弧膨胀段9，所述膨胀段9位于炉膛2内，长度12厘米，膨胀段9最大直径8厘米；夹具5由直径略大于6厘米的铸铁制造，作用为嵌套并固定石英管4；调速器6为可调速装置，可以调节动力旋转电机3带动石英管4以5～20圈/分钟转动；支架A7和支架B8主要由铸铁制造，主要目的为支撑动力旋转电机3、夹具5、调速器6及石英管4等。所述的动力旋转电机3和调速器6由支架A7支撑，调速器6与动力旋转电机3连接，用于控制动力旋转电机3的转速。所述夹具5固定在所述动力旋转电机3的输出轴上，用于夹持固定石英管4。所述石英管4的另一端水平穿过可控温炉体1的炉膛2后，搭在支架B8上，支架B8可以保证石英管4始终处于水平状态，并且可以随意转动。石英管4穿过可控温炉体1中的炉膛2，要保证石英管膨胀段9刚好位于炉膛2中央。
在进行粉体氧化工艺操作时，一定量的粉体通过长药勺置于石英管4的膨胀段9内，之后所述的具有圆弧状膨胀段的石英管4一端嵌套在夹具5中，通过夹具5与动力旋转电机3的输出轴连接，并通过调速器6控制转速。
步骤二：制备PVDF树脂稀释液；
称取5gPVDF树脂粉料，将其加入到300g的DMF溶剂中，在磁力搅拌装置中以500r/min的速度搅拌，温度为50℃，时间为1h，得到PVDF树脂稀释液。
步骤三：制备悬浮液；
将步骤一制备的SiC@SiO2核壳结构颗粒加入到步骤二配置的PVDF树脂稀释液中，SiC@SiO2核壳结构颗粒和PVDF树脂稀释液的质量比为0.5％，使用超声清洗设备超声震荡1h，超声震荡的功率为400W，施加速度为500r/min的磁力搅拌，搅拌24h，得到悬浮液。
步骤四：制备SiC@SiO2核壳结构粉体的PVDF基介电复合材料薄膜；
将步骤三中制备的悬浮液倒入洁净的带加热底盘的玻璃表面皿模具中，将玻璃表面皿模具置于水平校正的加热台上，在60℃加热0.5h，蒸干溶剂，得到厚度为20μm的SiC@SiO2核壳结构颗粒的PVDF基介电复合材料薄膜，上述介电复合材料薄膜中SiC@SiO2核壳结构颗粒的体积分数为25％。
采用热压成型工艺将上述SiC@SiO2核壳结构颗粒的PVDF基介电复合材料薄膜制成10mm*10mm*1mm的薄片，热压成型工艺参数为：压力4MPa，成型温度200℃。对上述薄片进行介电性能测试(型号HP4294A精密阻抗分析仪，安捷伦科技有限公司)。实验结果表明，在频率为100Hz条件下，上述SiC@SiO2核壳结构颗粒的PVDF基介电复合材料的介电常数为45，介电损耗为0.04。
实施例2
步骤一：制备SiC@SiO2核壳结构粉体；
将粒径为1μm的原生碳化硅颗粒置于旋转管式热处理设备的石英管中间膨胀段，热氧化处理。碳化硅颗粒的透射电镜照片如图2所示，可以看出β-晶形碳化硅的表面非常光滑，具有典型的晶体形态。热氧化处理温度为700℃，热氧化处理时间为6h，调整石英管的旋转速度为10r/min。冷却，取出，得到SiC@SiO2核壳结构颗粒。SiC@SiO2核壳结构颗粒的透射电镜照片如图4所示，可以看出原本光滑的碳化硅颗粒表面生成了一层非晶二氧化硅壳层，其壳层厚度范围为9～11nm。
步骤二：制备PVDF树脂稀释液；
称取5gPVDF树脂粉料，将其加入到200g的DMF溶剂中，在磁力搅拌装置中以1000r/min的速度搅拌，温度为60℃，时间为2h，得到PVDF树脂稀释液。
步骤三：制备悬浮液；
将步骤一制备的SiC@SiO2核壳结构颗粒加入到步骤二配置的PVDF树脂稀释液中，SiC@SiO2核壳结构颗粒和PVDF树脂稀释液的质量比为0.75％，使用超声清洗设备超声震荡1h，超声震荡的功率为400W，施加速度为1000r/min的磁力搅拌，搅拌24h，得到悬浮液。
步骤四：制备SiC@SiO2核壳结构粉体的PVDF基介电复合材料薄膜；
将步骤三中制备的悬浮液倒入洁净的带加热底盘的玻璃表面皿模具中，将玻璃表面皿模具置于水平校正的加热台上，在60℃加热1h，蒸干溶剂，得到厚度为60μm的SiC@SiO2核壳结构颗粒的PVDF基介电复合材料薄膜，上述介电复合材料薄膜中SiC@SiO2核壳结构颗粒的体积分数为25％。
采用热压成型工艺将上述SiC@SiO2核壳结构颗粒的PVDF基介电复合材料薄膜制成10mm*10mm*1mm的薄片，热压成型工艺参数为：压力4MPa，成型温度200℃。对上述薄片进行介电性能测试(型号HP4294A精密阻抗分析仪，安捷伦科技有限公司)。实验结果表明，在频率为100Hz条件下，上述SiC@SiO2核壳结构颗粒的PVDF基介电复合材料的介电常数为52，介电损耗为0.03。
实施例3
步骤一：制备SiC@SiO2核壳结构粉体；
将粒径为1μm的原生碳化硅颗粒置于旋转管式热处理设备的石英管中间膨胀段，热氧化处理。碳化硅颗粒的透射电镜照片如图2所示，可以看出β-晶形碳化硅的表面非常光滑，具有典型的晶体形态。热氧化处理温度为900℃，热氧化处理时间为8h，调整石英管的旋转速度为20r/min。冷却，取出，得到SiC@SiO2核壳结构颗粒。SiC@SiO2核壳结构颗粒的透射电镜照片如图5所示，可以看出原本光滑的碳化硅颗粒表面生成了一层非晶二氧化硅壳层，其壳层厚度范围为20～23nm。
步骤二：制备PVDF树脂稀释液；
称取5gPVDF树脂粉料，将其加入到100g的DMF溶剂中，在磁力搅拌装置中以2000r/min的速度搅拌，温度为70℃，时间为3h，得到PVDF树脂稀释液。
步骤三：制备悬浮液；
将步骤一制备的SiC@SiO2核壳结构颗粒加入到步骤二配置的PVDF树脂稀释液中，SiC@SiO2核壳结构颗粒和PVDF树脂稀释液的质量比为1％，使用超声清洗设备超声震荡1h，超声震荡的功率为400W，施加速度为2000r/min的磁力搅拌，搅拌24h，得到悬浮液。
步骤四：制备SiC@SiO2核壳结构粉体的PVDF基介电复合材料薄膜；
将步骤三中制备的悬浮液倒入洁净的带加热底盘的玻璃表面皿模具中，将玻璃表面皿模具置于水平校正的加热台上，在70℃加热2h，蒸干溶剂，得到厚度为100μm的SiC@SiO2核壳结构颗粒的PVDF基介电复合材料薄膜，上述介电复合材料薄膜中SiC@SiO2核壳结构颗粒的体积分数为25％。
采用热压成型工艺将上述SiC@SiO2核壳结构颗粒的PVDF基介电复合材料薄膜制成10mm*10mm*1mm的薄片，热压成型工艺参数为：压力4MPa，成型温度200℃。对上述薄片进行介电性能测试(型号HP4294A精密阻抗分析仪，安捷伦科技有限公司)。实验结果表明，在频率为100Hz条件下，上述SiC@SiO2核壳结构颗粒的PVDF基介电复合材料的介电常数为47，介电损耗为0.03。
图9为SiC颗粒的PVDF基介电复合材料和SiC@SiO2壳核结构颗粒的PVDF基介电复合材料的介电常数-频率对比图，可以看出，频率在102Hz时，SiC粉体的PVDF基介电复合材料的介电常数约为38，而SiC@SiO2核壳结构粉体的PVDF基介电复合材料的介电常数都得到了不同程度的提高，500度3h氧化条件下44，700度6h氧化条件下52，900度8h氧化条件下47。从图10可以看出，频率为102Hz时，SiC粉体的PVDF基介电复合材料的介电损耗较高约为0.16，而SiC@SiO2核壳结构晶须的PVDF基介电复合材料的介电损耗明显降低，500度3h氧化条件下为0.05，700度6h氧化条件下为0.03，900度8h氧化条件下0.02。
实施例4
步骤一：制备SiC@SiO2核壳结构粉体；
将碳化硅晶须置于旋转管式热处理设备的石英管中间膨胀段，热氧化处理，上述碳化硅晶须的直径为0.5～2μm，长径比大于40，碳化硅晶须的透射电镜照片如图6所示，可以看出碳化硅晶须的表面具有催化生长后的残留的环形毛刺形貌，具有典型的晶体形态。热氧化处理温度为500℃，热氧化处理时间为3h，调整石英管的旋转速度为20r/min。冷却，取出，得到SiC@SiO2核壳结构晶须。图7为此条件下SiC@SiO2核壳结构晶须的透射电镜照片，碳化硅晶须的表面经过热氧化处理后，生成了一层非晶二氧化硅壳层,其厚度值的范围为2～4nm。
步骤二：制备PVDF树脂稀释液；
称取5gPVDF树脂粉料，将其加入到300g的DMF溶剂中，在50℃磁力搅拌0.5h，得到PVDF树脂稀释液。
步骤三：制备悬浮液；
将步骤一制备的SiC@SiO2核壳结构粉体加入到步骤二中配置好的PVDF树脂稀释液中，SiC@SiO2核壳结构晶须和PVDF树脂稀释液质量比为0.5％，使用超声清洗设备超声震荡1h，超声震荡功率为400W，施加速度为500r/min的磁力搅拌，搅拌24h，得到悬浮液。
步骤四：制备SiC@SiO2核壳结构粉体的PVDF基介电复合材料薄膜；
将步骤三中制备的悬浮液倒入洁净的带加热底盘的玻璃表面皿模具中，将玻璃表面皿模具置于水平校正的加热台上，在90℃加热3h，蒸干溶剂，得到厚度为20μm的SiC@SiO2核壳结构晶须的PVDF基介电复合材料薄膜，上述介电复合材料薄膜中SiC@SiO2核壳结构晶须的体积分数为25％。
采用热压成型工艺将上述SiC@SiO2核壳结构晶须的PVDF基介电复合材料薄膜制成10mm*10mm*1mm的薄片，热压成型工艺参数为：压力4MPa，成型温度200℃。将对上述薄片进行介电性能测试(型号HP4294A精密阻抗分析仪，安捷伦科技有限公司)。实验结果表明，在频率为100Hz条件下，上述SiC@SiO2核壳结构晶须的PVDF基介电复合材料的介电常数为3425，介电损耗为0.87。
实施例5
步骤一：制备SiC@SiO2核壳结构晶须；
将碳化硅晶须置于旋转管式热处理设备的石英管中间凸起部，热氧化处理，上述碳化硅晶须的直径为0.5～2μm，长径比大于40，碳化硅晶须的透射电镜照片如图6所示，可以看出碳化硅晶须的表面具有催化生长后的残留的环形毛刺形貌，具有典型的晶体形态。热氧化处理温度为900℃，热氧化处理时间为8h，调整石英管的旋转速度为5r/min。冷却，取出，得到SiC@SiO2核壳结构晶须。图8为此条件下SiC@SiO2核壳结构晶须的透射电镜照片，结果显示，在碳化硅晶须的表面生成了一层非晶二氧化硅壳层，其壳层的厚度范围为8～10nm。
步骤二：制备PVDF树脂稀释液；
称取5gPVDF树脂粉料，将其加入到100g的DMF溶剂中，在磁力搅拌装置中以500r/min的速度搅拌，在70℃磁力搅拌2h，得到PVDF树脂稀释液。
步骤三：制备悬浮液；
将步骤一制备的SiC@SiO2核壳结构晶须加入到步骤二中配置好的PVDF树脂稀释液中，SiC@SiO2核壳结构晶须和PVDF树脂稀释液质量比为1％，使用超声清洗设备超声震荡1h，超声震荡功率为400W，施加速度为2000r/min的磁力搅拌，搅拌24h，得到悬浮液。
步骤四：制备SiC@SiO2核壳结构粉体的PVDF基介电复合材料薄膜；
将步骤三中制备的悬浮液倒入洁净的带加热底盘的玻璃表面皿模具中，将玻璃表面皿模具置于水平校正的加热台上，在60℃加热1h，蒸干溶剂，得到厚度为100μm的SiC@SiO2核壳结构晶须的PVDF基介电复合材料薄膜，上述介电复合材料薄膜中SiC@SiO2核壳结构晶须的体积分数为25％。采用热压成型工艺将上述SiC@SiO2核壳结构晶须的PVDF基介电复合材料薄膜制成10mm*10mm*1mm的薄片，热压成型工艺参数为：压力4MPa，成型温度200℃。将对上述薄片进行介电性能测试(型号HP4294A精密阻抗分析仪，安捷伦科技有限公司)。实验结果表明，在频率为100Hz条件下，上述SiC@SiO2核壳结构晶须的PVDF基介电复合材料的介电常数为2230，介电损耗为0.5。
图11为SiC晶须的PVDF基介电复合材料和SiC@SiO2壳核结构晶须的PVDF基介电复合材料的介电常数-频率对比图，可以看出，频率在102Hz时，SiC晶须的PVDF基介电复合材料的介电常数高达5300，而SiC@SiO2核壳结构晶须的PVDF基介电复合材料的介电常数依然维持在较高水平，500度3h氧化条件下3425，900度8h氧化条件下2230；频率在103～106Hz，两种材料的介电常数相差不大。从图12可以看出，频率为102Hz时，SiC晶须的PVDF基介电复合材料的介电损耗高达25.8，而SiC@SiO2核壳结构晶须的PVDF基介电复合材料的介电损耗明显降低，500度3h氧化条件下介电损耗为0.87；900度8h氧化条件下介电损耗为0.5。所制备的SiC@SiO2壳核结构晶须的PVDF基介电复合材料在频率小于103Hz时，具有高介电常数、低介电损耗的特性。

Claims (10)

1.一种核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下几个步骤，
步骤一：制备SiC@SiO2核壳结构粉体；
将碳化硅颗粒或晶须放置到旋转管式热氧化设备中，热氧化处理；冷却，取出，得到SiC@SiO2核壳结构粉体；
步骤二：制备聚偏氟乙烯树脂稀释液；
称取聚偏氟乙烯树脂，将其加入到氮,氮-二甲基甲酰胺溶剂中，加热，磁力搅拌，得到聚偏氟乙烯树脂稀释液；
所述的聚偏氟乙烯和氮,氮-二甲基甲酰胺溶剂的质量比满足1:20～1:60；
步骤三：制备悬浮液；
将步骤一制得的SiC@SiO2核壳结构粉体加入到步骤二中配置好的聚偏氟乙烯树脂稀释液中，超声震荡，磁力搅拌，得到悬浮液；
所述SiC@SiO2核壳结构粉体和聚偏氟乙烯树脂稀释液的质量比满足1:20～1:40；
步骤四：制备SiC@SiO2核壳结构粉体的聚合物基介电复合材料；
将步骤三中制备的悬浮液倒入洁净的带加热底盘的玻璃表面皿模具中，将玻璃表面皿模具置于水平校正的加热台上，加热，蒸干溶剂，得到SiC@SiO2核壳结构粉体的聚合物基介电复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料的制备方法，其特征在于：所述的碳化硅颗粒的粒径为1～2μm，密度为2.6g/cm3；所述的碳化硅晶须的直径为0.5～2μm，长径比大于40，密度为3.2g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料的制备方法，其特征在于：所述热氧化处理的温度为500～900℃，时间为3～8h。
4.根据权利要求1所述的一种核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料的制备方法，其特征在于：所述的旋转管式热处理设备，包括可控温炉体、炉膛、动力旋转电机、石英管、夹具、调速器、支架A和支架B；石英管具有圆弧膨胀段，所述膨胀段位于炉膛内；所述的动力旋转电机和调速器由支架A支撑，调速器与动力旋转电机连接，用于控制动力旋转电机的转速；所述夹具固定在所述动力旋转电机的输出轴上，用于夹持固定石英管；所述石英管的另一端水平穿过可控温炉体的炉膛后，搭在支架B上。
5.根据权利要求1所述的一种核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二中所述磁力搅拌的温度为50～60℃，时间为1～3h。
6.根据权利要求1所述的一种核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料的制备方法，其特征在于：步骤四中所述的加热台的加热的温度为60～90℃，加热的时间为0.5～1h。
7.一种核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料，其特征在于：所述SiC@SiO2核壳结构粉体的聚合物基介电复合材料薄膜的厚度为20～100μm；微米SiC@SiO2核壳结构颗粒或晶须在介电复合材料中的体积分数为25％。
8.根据权利要求7所述的一种核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料，其特征在于：SiC@SiO2核壳结构粉体的聚偏氟乙烯基介电复合材料的介电常数达52，介电损耗仅为0.03。
9.根据权利要求7所述的一种核壳结构粉体及其聚合物基介电复合材料，其特征在于：SiC@SiO2核壳结构晶须的聚偏氟乙烯基介电复合材料的介电常数达3425，介电损耗仅为0.87。
10.一种核壳结构粉体，其特征在于：所述的核壳结构粉体为SiC@SiO2核壳结构粉体，包括SiC@SiO2核壳结构颗粒和SiC@SiO2核壳结构晶须；SiC@SiO2核壳结构颗粒的表面生成非晶二氧化硅壳层厚度为2～23nm；SiC@SiO2核壳结构晶须的表面生成非晶二氧化硅壳层厚度为2～10nm。
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