CN111357061B - 包含介电粒子的聚合物基质复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种聚合物基质复合材料，该聚合物基质复合材料包含多孔聚合物网络；以及分布在聚合物网络结构内的多个介电粒子；其中基于介电粒子和聚合物(不包括溶剂)的总重量，所述介电粒子的存在量在5重量％至98重量％的范围内；并且其中所述聚合物基质复合材料具有在1.05至80范围内的介电常数。包含介电粒子的聚合物基质复合材料可用作例如电场绝缘体。

Description

包含介电粒子的聚合物基质复合材料及其制备方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年11月16日提交的美国临时专利申请62/587045的权益，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
背景技术
通常，聚合物粘结剂具有相对低的介电常数，但大于空气(通常在大于2至小于4的范围内)。因此，粘结剂中的大量介电制品通常用于获得足够高的介电常数以支撑电容器件中的电场。需要可用于电子装置中的具有高介电常数、低介电损耗但还具有非常低的电传导率的绝缘材料。为电容性装置的电子装置诸如电容器、致动器、人造肌肉和器官、智能材料和结构、微机电(MEMS)装置、微流体装置、声学装置和传感器增加了对各种新的更好的绝缘材料的需要。电子装置领域中还需要更简单、更经济的产生此类装置的制造方法。还期望提供可以通过防止粒子聚集来消除或减少相邻凸块或互连图案之间的短路的介电制品。还期望提供具有优异耐溶剂性的介电制品。
发明内容
在一个方面，本公开描述了一种聚合物基质复合材料，该聚合物基质复合材料包含：
多孔聚合物网络结构；以及
多个介电粒子，所述多个介电粒子分布在聚合物网络结构内，
其中基于电介质粒子和聚合物(不包括任何溶剂)的总重量，所述介电粒子的存在量在5重量％至98重量％(在一些实施方案中，10重量％至98重量％、20重量％至98重量％、25重量％至98重量％、50重量％至98重量％、75重量％至98重量％、80重量％至98重量％、90重量％至98重量％，或甚至95重量％至98重量％)的范围内；并且其中所述聚合物基质复合材料的总体介电常数在1.05至80的范围内(在一些实施方案中，在以下范围内：1.1至80、1.15至80、1.2至80、1.1至75、1.15至75、1.2至75、1.2至70、1.1至70、1.15至70、1.2至65、1.1至65、1.15至65、1.2至60、1.1至60、1.15至60、1.2至55、1.1至55、1.15至55、1.2至50、1.1至50、1.15至50、1.2至45、1.1至45、1.15至45、1.2至40、1.1至40、1.15至40、1.2至35、1.1至35、1.15至35、1.2至30、1.1至30、1.15至30、1.2至25、1.1至25、1.15至25、1.2至20甚至1.1至20、1.15至20、1.2至20)。如本文所用，“介电粒子”是指具有1.05至80的固有相对介电常数的粒子。
在另一方面，本公开描述了制备本文所述的聚合物基质复合材料的第一方法，所述方法包括：
将热塑性聚合物、溶剂和多个介电粒子(例如混合或共混)以提供浆液；
使浆液成形为制品(例如层)；
在环境中加热制品，以基于在制品中的溶剂的重量在制品中保留至少90重量％(在一些实施方案中，至少91重量％、92重量％、93重量％、94重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％、99重量％或甚至至少99.5重量％)的溶剂，并基于热塑性聚合物的总重量溶解至少50％(在一些实施方案中，至少55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％，或甚至100％)的热塑性聚合物；以及
诱导热塑性聚合物与溶剂相分离，以提供聚合物基质复合材料。
在另一方面，本公开描述了制备本文所述的聚合物基质复合材料的第二方法，所述方法包括：
将热塑性聚合物、用于热塑性聚合物的溶剂和多个介电粒子组合(例如混合或共混)，以形成可混溶的聚合物-溶剂溶液；
诱导所述热塑性聚合物与所述溶剂相分离；以及
去除溶剂的至少一部分，以提供聚合物基质复合材料。
如本文所用，“可混溶的”是指物质以所有比例混合(即，以任何浓度彼此完全溶解)形成溶液的能力，其中对于某些溶剂-聚合物体系，可需要热使聚合物与溶剂混溶。相反，如果很大一部分没有形成溶液，则物质是不混溶的。例如，丁酮在水中是显著可溶的，但这两种溶剂是不可混溶的，因为它们不能以所有比例溶解。
如本文所用，“相分离”是指其中粒子均匀地分散在均相聚合物-溶剂溶液中的过程，所述均相聚合物-溶剂溶液(例如通过温度或溶剂浓度的变化)转变成连续的三维聚合物基质复合物。在第一方法中，在聚合物变得可与溶剂混溶之前形成期望制品，并且相分离是热诱导相分离(TIPS)方法。在第二方法中，聚合物可在形成期望制品之前与溶剂混溶。在第二方法中，通过使用湿法或干法的溶剂诱导相分离(SIPS)或热诱导相分离方法实现相分离。
在SIPS湿法中，将溶解聚合物的溶剂与非溶剂交换以诱导相分离。所述体系中的新的交换溶剂成为聚合物的孔形成剂。在SIPS干法中，蒸发溶解聚合物的溶剂以诱导相分离。在干法中，还通过溶解聚合物的溶剂将非溶剂溶解在溶液中。当溶解溶剂蒸发时，聚合物的这种非溶剂变成聚合物的孔形成剂。由于不使用附加的交换液体，因此该方法被视为“干法”。非溶剂通常也是挥发性的，但是沸点比溶剂低至少30℃。
在TIPS方法中，使用升高的温度使非溶剂变成聚合物的溶剂，然后降低温度，使溶剂返回到用于聚合物的非溶剂中。有效地，当去除足够的热时，热溶剂变成孔形成剂，并且失去溶剂化能力。用于热相分离方法中的溶剂可以是挥发性或非挥发性的。
出乎意料的是，在制备聚合物基质复合材料的第一方法中，相对高的粒子载量允许制备可成型为层的浆液，该浆液在加热溶剂以保持与聚合物可混溶时保持其形式。所用的溶剂通常是挥发性的，并且随后蒸发。在使用TIPS方法制备聚合物基质复合材料的第二方法中，所用溶剂通常是非挥发性的。在通过湿法或干法SIPS方法制备聚合物基质复合材料的第二方法中，溶剂对于湿法通常是非挥发性的，而对于干法是挥发性的。
通常，基于粒子和粘结剂的体积，在传统的粒子填充的复合材料(例如致密的聚合物膜和粘合剂)中可以达到的最大粒子载量不大于约40体积％至60体积％。将超过60体积％的粒子掺入到传统的粒子填充的复合材料中通常是不可实现的，因为此类高粒子载量的材料不能通过涂布或挤出方法来加工并且/或者所得复合材料变得非常易碎。传统的复合材料通常还用粘结剂完全包封粒子，从而防止高堆积密度。出乎意料的是，通过本文描述的方法获得的高水平的溶剂和相分离的形态使得能够以相对少量的高分子量粘结剂实现相对高的粒子载量。高粒子载量也有助于最小化可在相分离期间形成的薄无孔聚合物层的形成。此外，本文所述的聚合物基质复合材料是相对柔性的，并且倾向于不脱落粒子。虽然不想受到理论的限制，但是在电绝缘(即，具有至少40兆欧姆的电阻)介电粒子的情况下，据信本文所述的聚合物基质复合材料的实施方案的另一个优点是粒子不完全涂有粘结剂，从而实现了高度的粒子表面接触和复合材料密度，同时在压缩后保持了柔韧性。出乎意料的是，在一些实施方案中，在压缩后，一些包含聚合物基质复合材料的介电粒子可显示介电常数的增加。即使在升高的温度(例如，135℃)下，高分子量粘结剂也不易于在不存在溶剂的情况下流动。
在一些实施方案中，本文所述的具有相对高的介电粒子载量的聚合物基质复合材料的优点是它们的介电常数高于具有较低粒子载量的常规聚合物基质复合材料。
制造具有梯度介电性能的电磁(EM)材料的能力有利于多种有趣的应用(例如低剖面天线、抗反射表面、无源波束形成器(例如Luneburg透镜)、渐变折射率透镜以及结构化和铠装的天线罩)。这些应用通常利用具有低端接近空气的介电常数的多种介电常数层，其中空气的介电常数为1。虽然不想受到理论的限制，但据信这使得电磁波的阻抗匹配能够行进穿过层而不是从介质上散射或反射。
本文所述的聚合物基质复合材料提供相对高负载的低密度复合层，该复合层可具有一定范围的可调介电常数。
包含介电粒子的聚合物基质复合材料可用作例如电场绝缘体。
附图说明
图1是示出本文所述的示例性聚合物基质复合材料(实施例1)的横截面的扫描电镜(SEM)显微图的示意图。
图2是示出本文所述的示例性聚合物基质复合材料(实施例13)的横截面的扫描电镜(SEM)显微图的示意图。
图3是示出本文所述的示例性聚合物基质复合材料(实施例14)的横截面的扫描电镜(SEM)显微图的示意图。
具体实施方式
介电粒子的存在量基于介电粒子和聚合物(不包括任何溶剂)的总重量在5重量％至98重量％、10重量％至98重量％、20重量％至98重量％、25重量％至98重量％、50重量％至98重量％、75重量％至98重量％、80重量％至98重量％、90重量％至98重量％，或甚至95重量％至98重量％的范围内。
示例性介电粒子包括无机粒子，或(例如，用金属和金属氧化物)涂布的玻璃微球体或气泡。示例性介电粒子包括无机(例如，陶瓷)介电粒子，无机介电粒子包含钛酸钡、氧化铝、二氧化钛或CaCu3Ti4O12中的至少一种。
介电粒子的示例性尺寸在10s纳米至100s微米的范围内。介电粒子的示例性形状包括不规则，板状，球形以及附聚形式。附聚物的尺寸可在例如几微米至最多几毫米(包括几毫米)的范围内。可将粒子混合以具有多峰尺寸分布，其可例如允许最佳堆积密度。
在一些实施方案中，介电粒子的平均粒径(最长尺寸的平均长度)在10nm至120微米的范围内(在一些实施方案中，在50nm至100nm，15微米至125微米，或甚至30微米到60微米的范围内)。
在一些实施方案中，介电粒子具有双峰或三峰分布。粒子的多峰分布可允许更高的堆积效率，改善的粒子与粒子的接触。
虽然不想受到理论的限制，但据信粒子对聚合物基质的相对介电常数的影响可通过混合物规则来预测(参见Oswald等人的材料科学与工程聚合物(Materials Science andPolymers for Engineers)，第494-496页，2012)。
Figure BDA0002493192670000061
其中
Figure BDA0002493192670000062
为基质中的介电粒子的体积分数，εeff，εm和εp分别为聚合物基质复合材料、聚合物基质和介电粒子的相对介电常数。
本文所述的如所制备的聚合物基质复合材料(即，在任何压缩或其他后形成压实之前)通常具有0.05g/cm3至6g/cm3(在一些实施方案中，在0.05g/cm3至3g/cm3、0.05g/cm3至2.5g/cm3、0.05g/cm3至2g/cm3、0.05g/cm3至1g/cm3或甚至0.05g/cm3至0.2g/cm3)范围内的密度。
在一些实施方案中，压缩的聚合物基质复合材料具有至少1g/cm3的密度(在一些实施方案中，至少4g/cm3，或甚至至少6g/cm3；在一些实施方案中，在1g/cm3至6g/cm3或甚至4g/cm3至6g/cm3范围内)。
在一些实施方案中，本文所述的聚合物基质复合材料具有至少5％(在一些实施方案中，至少10％、20％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或甚至至少90％；在一些实施方案中，在25％至90％的范围内)的孔隙率。
聚合物网络结构可被描述为多孔聚合物网络或多孔相分离的聚合物网络。一般来讲，(如所制备的)多孔聚合物网络包括互连的多孔聚合物网络结构，所述结构包括多个互连的形态(例如，原纤、节结、节点、开孔、闭孔、叶状花边、股线、结点、球体或蜂窝结构中的至少一种)。互连的聚合结构可直接粘附到粒子的表面，并充当粒子的粘结剂。就这一点而言，相邻粒子(例如，粒子或附聚物粒子)之间的空间可包括多孔聚合物网络结构，而不是固体基质材料，从而提供期望的孔隙率。
在一些实施方案中，聚合物网络结构可包括三维网状结构，其包括聚合原纤的互连网络。在一些实施方案中，单个原纤的平均宽度在10nm至100nm的范围内(在一些实施方案中，在100nm至500nm的范围内，或甚至在500nm至5微米的范围内)。
在一些实施方案中，粒子分散在聚合物网络结构内，使得粒子(例如，单个粒子或单个附聚物粒子)的单个单元的外表面大部分不与聚合物网络结构接触或不被涂布。就这一点而言，在一些实施方案中，基于单个粒子的外表面的总表面积，聚合物网络结构在单个粒子的外表面上的平均面积覆盖百分比(即，与聚合物网络结构直接接触的外表面面积的百分比)不大于50％(在一些实施方案中，不大于40％、30％、25％、20％、10％、5％或甚至不大于1％)。
在一些实施方案中，聚合物网络结构不渗透内部孔隙或者单个粒子(例如，单个粒子或单个附聚物粒子)的内部表面积大部分不与该聚合物网络结构接触或不被涂布。
在一些实施方案中，聚合物网络结构可包括至少一种热塑性聚合物，或者基本上由其组成或由其组成。示例性热塑性聚合物包括以下各项中的至少一个：聚氨酯、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚乳酸)、聚酰胺(例如尼龙6、尼龙6,6、尼龙12和多肽)、聚醚(例如聚环氧乙烷和聚环氧丙烷)、聚碳酸酯(例如双酚A聚碳酸酯)、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯(例如由包含丙烯酸酯官能团的单体的加成聚合形成的热塑性聚合物)、聚甲基丙烯酸酯(例如由包含甲基丙烯酸酯官能团的单体的加成聚合形成的热塑性聚合物)、聚烯烃(例如聚乙烯和聚丙烯)、苯乙烯和苯乙烯基无规和嵌段聚合物、氯化聚合物(例如聚氯乙烯)、含氟聚合物(例如聚偏二氟乙烯；四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的共聚物；乙烯和四氟乙烯的共聚物；六氟丙烯；和聚四氟乙烯)，以及乙烯和氯三氟乙烯的共聚物。在一些实施方案中，热塑性聚合物包括均聚物或共聚物(例如嵌段共聚物或无规共聚物)。在一些实施方案中，热塑性聚合物包括至少两种热塑性聚合物类型的混合物(例如聚乙烯和聚丙烯的混合物或聚乙烯和聚丙烯酸酯的混合物)。在一些实施方案中，聚合物可为聚乙烯(例如超高分子量聚乙烯)、聚丙烯(例如超高分子量聚丙烯)、聚乳酸、聚(乙烯共氯三氟乙烯)和聚偏二氟乙烯中的至少一种。在一些实施方案中，热塑性聚合物为单一热塑性聚合物(即它不是至少两种热塑性聚合物类型的混合物)。在一些实施方案中，热塑性聚合物基本上由聚乙烯(例如超高分子量聚乙烯)组成或由聚乙烯组成。
在一些实施方案中，用于制备本文所述的聚合物基质复合材料的热塑性聚合物是粒径小于1000微米的粒子(在一些实施方案中，粒径在1微米至10微米、10微米至30微米、30微米至100微米、100微米至200微米、200微米至500微米、500微米至1000微米的范围内)。
在一些实施方案中，多孔聚合物网络结构包含以下各项中的至少一种：聚丙烯腈、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃、苯乙烯或苯乙烯基无规和嵌段共聚物、氯化聚合物、氟化聚合物或乙烯和氯三氟乙烯的共聚物。
在一些实施方案中，多孔聚合物网络结构包含数均分子量在5×104g/mol至1×107g/mol范围内的聚合物(在一些实施方案中，数均分子量在1×106g/mol至8×106g/mol、2×106g/mol至6×106g/mol，或甚至3×106g/mol至5×106g/mol的范围内)。出于本公开的目的，数均分子量可通过本领域的已知技术测量(例如凝胶渗透色谱法(GPC))。GPC可在用于热塑性聚合物的合适溶剂中进行，连同使用窄分子量分布聚合物标准(例如窄分子量分布聚苯乙烯标准)。热塑性聚合物通常表征为部分结晶的，表现出熔点。在一些实施方案中，热塑性聚合物的熔点可以在120℃至350℃的范围内(在一些实施方案中，在120℃至300、120℃至250℃或甚至120℃至200℃的范围内)。热塑性聚合物的熔点可通过本领域已知的技术测量(例如用5mg至10mg样品在10℃/min的加热扫描速率下的差示扫描量热法(DSC)测试中测量的设定温度，同时样品在氮气气氛下)。
在一些实施方案中，聚合物网络结构是连续的网络结构(即聚合物相包括作为具有连续空隙或在空隙之间形成互连并延伸贯穿整个结构的孔的开孔的结构)。在一些实施方案中，按体积计至少2％(在一些实施方案中，至少5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或甚至100％)的聚合物网络结构可以是连续的聚合物网络结构。应当指出的是，出于本公开的目的，由粒子构成的聚合物基质复合材料的体积部分不被认为是聚合物网络结构的一部分。在一些实施方案中，聚合物网络在两个粒子之间延伸，从而形成互连粒子的网络。
选择溶剂(例如第一溶剂)，使得其形成可混溶的聚合物-溶剂溶液。在一些情况下，可需要升高的温度以形成可混溶的聚合物-溶剂溶液。溶剂可以是至少两种单独溶剂的共混物。在一些实施方案中，当聚合物为聚烯烃(例如聚乙烯和聚丙烯中的至少一种)时，溶剂可以是例如以下各项中的至少一种：矿物油、四氢化萘、十氢化萘、邻二氯苯、环己烷甲苯混合物、十二烷、石蜡油/蜡、煤油、异链烷烃流体、邻二甲苯/环己烷混合物(1/1wt/wt)、莰烯、1,2,4三氯苯、辛烷、橙油、植物油、蓖麻油或棕榈仁油。在一些实施方案中，当聚合物为聚偏二氟乙烯时，溶剂可以是例如碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯或1,2,3-三乙酰氧基丙烷中的至少一种。可以移除溶剂，例如通过蒸发移除。高蒸气压溶剂尤其适于这种移除方法。然而，如果第一溶剂具有低蒸气压，则可期望具有较高蒸气压的第二溶剂来萃取第一溶剂，随后蒸发第二溶剂。例如，在一些实施方案中，当矿物油用作第一溶剂时，处于升高的温度(例如约60℃)的异丙醇或甲基九氟丁基醚(C4F9OCH3)、乙基九氟丁基醚(C4F9OC2H5)和反式-1,2-二氯乙烯(例如可以商品名NOVEC 72DE得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))的共混物可用作萃取第一溶剂的第二溶剂，随后蒸发第二溶剂。在一些实施方案中，当将植物油或棕榈仁油中的至少一种用作第一溶剂时，处于升高的温度(例如约60℃)下的异丙醇可用作第二溶剂。在一些实施方案中，当碳酸亚乙酯用作第一溶剂时，水可用作第二溶剂。
在一些实施方案中，可以将少量其他添加剂添加到聚合物基质复合材料中以赋予附加功能或充当加工助剂。这些添加剂包括粘度调节剂(例如热解法二氧化硅、嵌段共聚物和蜡)，增塑剂，热稳定剂(例如诸如可以商品名“Irganox 1010”得自德国路德维希港的巴斯夫(BASF,Ludwigshafen,Germany))，抗微生物剂(例如银和季铵)，阻燃剂，抗氧化剂，染料，颜料和紫外线(UV)稳定剂。
在一些实施方案中，本文所述的聚合物基质复合材料为层的形式，该层的厚度在50微米至7000微米的范围内，其中该厚度不包括从该层的基底延伸的任何突出部的高度。
在一些实施方案中，通过可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液的诱导相分离来制备多孔聚合物网络结构。在一些实施方案中，诱导相分离为热诱导相分离或溶剂诱导相分离中的至少一种。
第一方法
制备本文所述的聚合物基质复合材料的第一方法包括：
将热塑性聚合物、溶剂和多个介电粒子组合(例如混合或共混)以提供浆液；
使浆液成形为制品(例如层)；
在环境中加热制品，以基于在制品中的溶剂的重量在制品中保留至少90重量％(在一些实施方案中，至少91重量％、92重量％、93重量％、94重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％、99重量％或甚至至少99.5重量％)的溶剂，并基于热塑性聚合物的总重量溶解至少50％(在一些实施方案中，至少55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％，或甚至100％)的热塑性聚合物；以及
诱导热塑性聚合物与溶剂相分离，以提供聚合物基质复合材料。
如果粒子致密，则通常将浆液连续混合或共混，以防止或减少聚合物和/或粒子与溶剂的沉降或分离。在一些实施方案中，使用本领域已知的技术对浆液脱气以去除残留的空气。
可使用本领域已知的技术将浆液形成为制品，所述技术包括刮涂、辊涂(例如通过限定的辊隙进行辊涂)以及通过具有合适尺寸或轮廓的任何数量的不同模具进行涂布。
在第一方法的一些实施方案中，在低于聚合物的熔点且低于溶剂的沸点的至少一个温度下进行组合。
在第一方法的一些实施方案中，在高于可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液的熔点并且低于溶剂的沸点的至少一个温度下进行加热。
在第一方法的一些实施方案中，在小于聚合物在浆液中的熔点的至少一个温度下进行诱导相分离。虽然不想受到束缚，但据信在一些实施方案中，用于制备与聚合物的可混溶共混物的溶剂可导致聚合物中的熔点降低。本文所述的熔点包括低于聚合物溶剂体系的任何熔点降低。
在第一方法的一些实施方案中，溶剂是至少两种单独溶剂的共混物。在一些实施方案中，当聚合物为聚烯烃(例如聚乙烯或聚丙烯中的至少一种)时，溶剂可以是以下各项中的至少一种：矿物油、四氢化萘、十氢化萘、邻二氯苯、环己烷甲苯混合物、十二烷、石蜡油/蜡、煤油、对二甲苯/环己烷混合物(1/1wt/wt)、莰烯、1,2,4三氯苯、辛烷、橙油、植物油、蓖麻油或棕榈仁油。在一些实施方案中，当聚合物为聚偏二氟乙烯时，溶剂为碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯或1,2,3-三乙酰氧基丙烷中的至少一种。
在第一方法的一些实施方案中，可在相分离期间形成聚合物网络结构。在一些实施方案中，可通过可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液的诱导相分离来提供聚合物网络结构。在一些实施方案中，(例如，通过淬火至比加热期间使用的温度低的温度的热诱导相分离(TIPS))热诱导相分离。可以例如在空气、液体中或在固体界面上提供冷却，并且冷却可变化以控制相分离。聚合物网络结构可以固有地是多孔的(即，具有孔)。孔结构可以是开放的，使得能够从聚合物网络结构的内部区域到聚合物网络结构的外表面和/或在聚合物网络结构的第一表面和聚合物网络结构的对置的第二表面之间进行流体连通。
在本文所述方法的一些实施方案中，溶剂与聚合物的重量比为至少9:1。在一些实施方案中，粒子与聚合物的体积比为至少9:1。在一些实施方案中，为了便于制造，可期望在室温下形成层。通常，在使用相分离的层形成期间，相对小的孔特别容易在溶剂萃取期间塌缩。通过本文所述的方法可实现的相对高的粒子与聚合物载量可减少孔塌缩并产生更均匀的无缺陷聚合物基质复合材料。
在一些实施方案中，第一方法还包括在诱导热塑性聚合物与溶剂相分离之后，从成形制品中去除溶剂的至少一部分(在一些实施方案中，基于成形制品中的溶剂的重量，去除至少5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％、99重量％、99.5重量％或甚至100重量％的溶剂)。
在第一方法的一些实施方案中，基于成形制品中的溶剂的重量，去除至少90重量％的溶剂，其中在基于成形制品中的溶剂的重量去除至少90重量％的溶剂之前，成形制品具有第一体积，其中在基于成形制品中的溶剂的重量去除至少90重量％的溶剂之后，成形制品具有第二体积，并且其中第一体积和第二体积之间的差(即(第一体积减去第二体积)除以第一体积乘以100)小于10％(在一些实施方案中，小于9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.75％、0.5％，或甚至小于0.3％)。挥发性溶剂可例如通过使溶剂从聚合物基质复合材料的至少一个主表面蒸发而从聚合物基质复合材料中去除。可以例如通过添加热、真空或气流中的至少一种来辅助蒸发。易燃溶剂的蒸发可在溶剂级烘箱中实现。然而，如果第一溶剂具有低蒸气压，则可使用具有高蒸气压的第二溶剂萃取第一溶剂，随后蒸发第二溶剂。例如，在一些实施方案中，当矿物油用作第一溶剂时，处于升高的温度(例如约60℃)的异丙醇或甲基九氟丁基醚(C4F9OCH3)、乙基九氟丁基醚(C4F9OC2H5)和反式-1,2-二氯乙烯(例如可以商品名NOVEC 72DE得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))的共混物可用作萃取第一溶剂的第二溶剂，随后蒸发第二溶剂。在一些实施方案中，当将植物油或棕榈仁油中的至少一种用作第一溶剂时，处于升高的温度(例如约60℃)下的异丙醇可用作第二溶剂。在一些实施方案中，当碳酸亚乙酯用作第一溶剂时，水可用作第二溶剂。
在第一方法的一些实施方案中，制品具有第一主表面和第二主表面，其中端部垂直于第一主表面和第二主表面，并且在去除溶剂期间，端部不受约束(即，在萃取期间不需要约束)。例如，这可以通过在烘箱中不受约束地干燥层的一部分来完成。连续干燥可以例如通过将支撑在带上的层的大部分在输送通过烤箱时干燥来实现。另选地，例如为便于去除非挥发性溶剂，可以将层的大部分连续地输送通过相容性挥发性溶剂浴，从而交换溶剂，并随后对该层进行干燥而不受限制。然而，在溶剂交换期间，并非所有的非挥发性溶剂都需要从层中去除。少量的非挥发性溶剂可保留并充当聚合物的增塑剂。
在第一方法的一些实施方案中，去除溶剂后的成形的相分离制品具有至少5％(在一些实施方案中，至少10％、20％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或甚至至少90％；在一些实施方案中，在25％至90％的范围内)的孔隙率。该孔隙率是由聚合物与溶剂相分离引起的，当聚合物基质复合材料中的孔填充有溶剂时，该相分离最初不留下未填充的空隙。在完全或部分去除溶剂之后，使聚合物基质复合材料中的空隙空间暴露。粒子与粒子的交互作用可以使多孔聚合物基质复合材料因溶剂干燥过程中毛细管诱导的负压而导致的塌缩或变形最小化。
在第一方法的一些实施方案中，没有从成形制品中去除溶剂(即使在诱导热塑性聚合物与溶剂相分离之后)。这可例如通过使用非挥发性溶剂(例如矿物油或蜡)而不是完成萃取/蒸发步骤来实现。
第二方法
制备本文所述的聚合物基质复合材料的第二方法包括：
将热塑性聚合物、溶剂(热塑性聚合物)和多个介电粒子组合(例如混合或共混)，以形成可混溶的聚合物-溶剂溶液；
诱导所述热塑性聚合物与所述溶剂相分离；以及
去除溶剂的至少一部分，以提供聚合物基质复合材料。
在一些实施方案中，第二方法还包括在相分离之前将介电粒子添加到可混溶的聚合物-溶剂溶液中。聚合物网络结构可在该过程的相分离期间形成。在一些实施方案中，聚合物网络结构经由可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液的诱导相分离来制备。在一些实施方案中，热诱导(例如通过淬火至较低温度的热诱导相分离(TIPS))、化学诱导(例如通过用良好的溶剂取代不良的溶剂的溶剂诱导相分离(SIPS))或溶剂比率变化(例如通过蒸发溶剂中的一种)来诱导相分离。也可使用本领域已知的其他相分离或孔形成技术，诸如不连续的聚合物共混物(有时也称为聚合物辅助相倒置(PAPI))，水分诱导相分离或蒸气诱导相分离。聚合物网络结构可以固有地是多孔的(即，具有孔)。孔结构可以是开放的，使得能够从聚合物网络结构的内部区域到聚合物网络结构的外表面和/或在聚合物网络结构的第一表面和聚合物网络结构的对置的第二表面之间进行流体连通。
在第二方法的一些实施方案中，可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液中的聚合物具有熔点，其中溶剂具有沸点，并且其中在高于可混溶的热塑性聚合物溶液的熔点并且低于溶剂的沸点的至少一个温度下进行组合。
在第二方法的一些实施方案中，可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液中的聚合物具有熔点，并且其中在小于可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液中的聚合物的熔点的至少一个温度下进行诱导相分离。热塑性聚合物溶剂混合物可被加热以有利于热塑性聚合物在溶剂中的溶解。在热塑性聚合物已与溶剂相分离之后，可使用本领域已知的技术将溶剂的至少一部分从聚合物基质复合材料中去除，该技术包括蒸发溶剂或通过较高蒸气压第二溶剂溶剂萃取溶剂，然后蒸发第二溶剂。在一些实施方案中，在溶剂的10重量％至100重量％的范围内(在一些实施方案中，在20重量％至100重量％、30重量％至100重量％、40重量％至100重量％、50重量％至100重量％、60重量％至100重量％、70重量％至100重量％、80重量％至100重量％、90重量％至100重量％、95重量％至100重量％或甚至98重量％至100重量％的范围内)，可以从聚合物基质复合材料中去除第二溶剂(如果使用的话)。
通常选择溶剂使得其能够溶解聚合物并形成可混溶的聚合物-溶剂溶液。将溶液加热至升高的温度可有利于聚合物的溶解。在一些实施例中，在20℃至350℃范围内的至少一个温度下进行聚合物与溶剂的组合。可以在聚合物溶解之前，聚合物溶解之后或之间的任何时间以任何或所有组合添加介电粒子。
在一些实施方案中，溶剂为至少两种单独溶剂的共混物。在一些实施方案中，当聚合物为聚烯烃(例如聚乙烯或聚丙烯中的至少一种)时，溶剂可以是以下各项中的至少一种：矿物油、石蜡油/蜡、莰烯、橙油、植物油、蓖麻油或棕榈仁油。在一些实施方案中，当聚合物为聚偏二氟乙烯时，溶剂为碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯或1,2,3-三乙酰氧基丙烷中的至少一种。
在一些实施方案中，溶剂可通过例如蒸发去除，高蒸气压溶剂尤其适于这种去除方法。然而，如果第一溶剂具有低蒸气压，则可使用具有高蒸气压的第二溶剂萃取第一溶剂，随后蒸发第二溶剂。例如，在一些实施方案中，当矿物油用作第一溶剂时，处于升高的温度(例如约60℃)的异丙醇或甲基九氟丁基醚(C4F9OCH3)、乙基九氟丁基醚(C4F9OC2H5)和反式-1,2-二氯乙烯(可以商品名NOVEC 72DE得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3MCompany,St.Paul,MN))的共混物可用作萃取第一溶剂的第二溶剂，随后蒸发第二溶剂。在一些实施方案中，当将植物油或棕榈仁油中的至少一种用作第一溶剂时，处于升高的温度(例如约60℃)下的异丙醇可用作第二溶剂。在一些实施方案中，当碳酸亚乙酯用作第一溶剂时，水可用作第二溶剂。
通常，在相分离过程中，在聚合物固化之前，将共混的混合物形成为层。将聚合物溶解于溶剂中(其允许形成可混溶的热塑性溶剂溶液)，并且将介电粒子分散，以形成共混的混合物，共混的混合物形成为制品(例如，层)，随后进行相分离(例如，TIPS的温度降低，溶剂蒸发或与非溶剂的溶剂交换，以用于SIPS)。层形成可使用在本领域中已知的技术进行，包括刮涂、辊涂(例如通过限定辊隙的辊涂)和挤出(例如通过模具的挤出，例如通过具有适当的层尺寸(即模具间隙的宽度和厚度)的模具的挤出)。在一个示例性实施方案中，混合物具有糊状稠度并且通过挤出(例如通过具有适当的层尺寸(即模具间隙的宽度和厚度)的模具的挤出)被形成为层。
在将浆液形成为其中热塑性聚合物能够在其溶剂中混溶的层之后，然后诱导聚合物相分离。可使用若干技术来诱导相分离，包括热诱导相分离或溶剂诱导相分离中的至少一种。当进行诱导相分离的温度低于聚合物、溶剂和介电粒子的组合温度时，可发生热诱导相分离。如果组合在接近室温下进行，这可通过冷却可混溶的聚合物-溶剂溶液，或通过首先将可混溶的聚合物-溶剂溶液加热至升高的温度(在组合期间或在组合之后)，随后降低可混溶的聚合物-溶剂溶液的温度，从而诱导热塑性聚合物的相分离来实现。在这两种情况下，冷却可导致聚合物与溶剂相分离。可通过将对于聚合物而言为不良溶剂的第二溶剂添加到可混溶的聚合物-溶剂溶液来进行溶剂诱导相分离，或者可通过去除可混溶的聚合物-溶剂溶液的溶剂的至少一部分(例如蒸发可混溶的聚合物-溶剂溶液的溶剂的至少一部分)，从而诱导聚合物的相分离，来实现溶剂诱导相分离。可采用相分离技术(例如热诱导相分离和溶剂诱导相分离)的组合。热诱导相分离可为有利的，因为当在升高的温度下进行组合时，其还有利于聚合物的溶解。在一些实施方案中，在低于组合温度的5℃至300℃(在一些实施方案中，在5℃至250℃、5℃至200℃、5℃至150℃、15℃至300℃、15℃至250℃、15℃至200℃、15℃至130℃，或甚至25℃至110℃)范围内的至少一个温度下进行热诱导相分离。
在诱导相分离之后，可去除溶剂的至少一部分，从而形成多孔聚合物基质复合材料层，该复合材料层具有聚合物网络结构和分布在热塑性聚合物网络结构内的介电材料。
溶剂可通过蒸发去除，高蒸气压溶剂尤其适于这种去除方法。然而，如果第一溶剂具有低蒸气压，则可使用具有高蒸气压的第二溶剂萃取第一溶剂，随后蒸发第二溶剂。在一些实施方案中，在溶剂的10重量％至100重量％的范围内(在一些实施方案中，在20重量％至100重量％、30重量％至100重量％、40重量％至100重量％、50重量％至100重量％、60重量％至100重量％、70重量％至100重量％、80重量％至100重量％、90重量％至100重量％、95重量％至100重量％或甚至98重量％至100重量％的范围内)，可以从聚合物基质复合材料中去除第二溶剂(如果使用的话)。
在一些实施方案中，第一方法和第二方法还包括压缩聚合物基质复合材料。即，在诱导相分离之后，可压缩所形成的聚合物网络结构，例如以调谐聚合物基质复合材料的气流阻力。聚合物基质复合材料的压缩可例如通过本领域已知的常规压延工艺来实现。
在其中网络结构通过至少压缩力塑性变形的一些实施方案中，可在施加压缩力期间赋予振动能量。在这些实施方案中的一些中，聚合物复合材料为具有无限长度的条带的形式，并且在条带穿过辊隙时执行施加压缩力的步骤。拉伸负载可在穿过此辊隙期间施加。例如，辊隙可在两个辊之间形成，其中至少一个辊施加振动能量；在辊和条之间，其中至少一个施加振动能量；或在两个条之间，其中至少一个条施加振动能量。压缩力和振动能量的施加可以连续的辊对辊方式或以步进和重复的方式来实现。在其他实施方案中，在例如板和台板之间的离散层上执行压缩力步骤，其中板和台板中的至少一个施加振动能量。在一些实施方案中，振动能量在超声范围(例如20kHz)内，但其他范围被认为是合适的。关于使网络结构塑性变形的更多详细信息参见2017年10月30日提交的具有美国序列号62/578,732的共同待审的专利申请，该专利的公开内容以引用方式并入本文中。
在一些实施方案中，在压缩之后，压缩的聚合物基质复合材料的密度为至少1g/cm3(在一些实施方案中，为至少2g/cm3、3g/cm3、4g/cm3、5g/cm3、6g/cm3、7g/cm3、8g/cm3、9g/cm3或甚至至少为10g/cm3；在一些实施方案中，在1g/cm3至10g/cm3、1g/cm3至9g/cm3、3g/cm3至8g/cm3或甚至4g/cm3至7g/cm3范围内)。
在一些实施方案中，本文所述的聚合物基质复合材料可以包在0.5mm(在一些实施方案中为0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、1cm、5cm、10cm、25cm、50cm，甚至1m)的杆周围而不会断裂。
包含介电粒子的聚合物基质复合材料可用作例如电场绝缘体，例如在电子制品(例如显示器、电网组件(例如变压器)和电动马达(例如用于电动车辆))中。在一些实施方案中，电子制品包括基板，与基板相邻的导电元件，包含本文所述的介电粒子的聚合物基质复合材料，其中该聚合物基质复合材料具有对置的第一主表面和第二主表面，其中第一主表面与导电元件的至少一部分相邻，并且其中电活性层与聚合物基质复合材料的第二主表面的至少一部分相邻。
包含本文所述的介电粒子的聚合物基质复合材料可用于例如高介电常数电缆附件，以控制在接头和终端位置处建立的电场应力。有关高介电常数电缆附件的更多细节一般可见于例如美国专利8,974,706(Somasiri等)。
包含介电粒子的聚合物基质复合材料可用于例如微波透镜和天线，这些透镜和天线需要微波传输的高介电常数材料，所述材料包含具有低密度和低微波损耗的高介电常数粒子。关于微波透镜和天线的细节一般可见于例如美国专利6,562,448(Chamberlain等人)和“Dielectric materials for wireless communication(用于无线通信的介电材料)”Mailadil T.Sebastian,Elsevier,2008。
包含介电粒子的聚合物基质复合材料也可以用于例如电磁辐射吸收剂(例如用于雷达吸收和电子装置屏蔽)。关于雷达吸收和电子装置屏蔽的更多细节一般可见于例如美国专利5,389,434(Chamberlain等人)。
示例性实施方案
1A.一种聚合物基质复合材料，所述聚合物基质复合材料包含：
多孔聚合物网络结构；以及
多个介电粒子，所述多个介电粒子分布在所述聚合物网络结构内，
其中基于所述介电粒子和所述聚合物(不包括任何溶剂)的总重量，所述介电粒子的存在量在5重量％至98重量％、10重量％至98重量％、20重量％至98重量％、25重量％至98重量％、50重量％至98重量％、75重量％至98重量％、80重量％至98重量％、90重量％至98重量％，或甚至95重量％至98重量％的范围内；并且其中所述聚合物基质复合材料的介电常数在1.05至80的范围内(在一些实施方案中，在1.05至80的范围内(在一些实施方案中，在以下范围内：1.1至80、1.15至80、1.2至80、1.1至75、1.15至75、1.2至75、1.2至70、1.1至70、1.15至70、1.2至65、1.1至65、1.15至65、1.2至60、1.1至60、1.15至60、1.2至55、1.1至55、1.15至55、1.2至50、1.1至50、1.15至50、1.2至45、1.1至45、1.15至45、1.2至40、1.1至40、1.15至40、1.2至35、1.1至35、1.15至35、1.2至30、1.1至30、1.15至30、1.2至25、1.1至25、1.15至25、1.2至20或甚至1.1至20、1.15至20、1.2至20)。
2A.根据示例性实施方案1A所述的聚合物基质复合材料，所述聚合物基质复合材料具有0.05g/cm3至6g/cm3(在一些实施方案中，在0.05g/cm3至3g/cm3、0.05g/cm3至2.5g/cm3、0.05g/cm3至2g/cm3、0.05g/cm3至1g/cm3或甚至0.05g/cm3至0.2g/cm3)范围内的密度。
3A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，所述聚合物基质复合材料具有至少1g/cm3(在一些实施方案中，至少4g/cm3，或甚至至少6g/cm3；在一些实施方案中，在1g/cm3至6g/cm3或甚至4g/cm3至6g/cm3范围内)。
4A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，所述聚合物基质复合材料具有至少为5％(在一些实施方案中，至少为10％、20％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％，或甚至至少90％；在一些实施方案中，在25％至90％的范围内)的孔隙率。
5A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述介电粒子包含钛酸钡、氧化铝、二氧化钛或CaCu3Ti4O12中的至少一种。
6A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述介电粒子包含玻璃泡，每个玻璃泡的第一主表面涂有包含至少一种金属(例如铝)的层和涂布在所述包含至少一种金属的层上的包含至少一种金属氧化物(例如氧化铝)的层。
7A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述介电粒子包含玻璃珠，每个玻璃珠的第一主表面涂有包含至少一种金属(例如铝)的层和涂布在所述包含至少一种金属的层上的包含至少一种金属氧化物(例如氧化铝)的层。
8A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述介电粒子的平均粒径(最长尺寸的平均长度)在10nm至120微米的范围内(在一些实施方案中，在50nm至100nm，15微米至125微米，或甚至30微米到60微米的范围内)。
9A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述多孔聚合物网络结构包含以下各项中的至少一种：聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚烯烃、苯乙烯或苯乙烯基无规和嵌段共聚物、氯化聚合物、氟化聚合物或乙烯和氯三氟乙烯的共聚物。
10A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述多孔聚合物网络结构包括相分离的多个互连的形态(例如，原纤、节结、节点、开孔、闭孔、叶状花边、股线、结点、球体或蜂窝结构中的至少一种)。
11A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述多孔聚合物网络结构包含数均分子量在5×104g/mol至1×107g/mol范围内的聚合物(在一些实施方案中，数均分子量在1×106g/mol至8×106g/mol、2×106g/mol至6×106g/mol，或甚至3×106g/mol至5×106g/mol的范围内)。
12A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中所述聚合物基质复合材料为厚度在50微米至7000微米范围内的层的形式。
13A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，其中通过可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液的诱导相分离来制备所述多孔聚合物网络结构。
14A.根据实施方案13A所述的聚合物基质复合材料，其中所述诱导相分离为热诱导相分离和溶剂诱导相分离中的至少一种。
15A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，所述聚合物基质复合材料具有对置的第一平坦主表面和第二平坦主表面。
16A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，所述聚合物基质复合材料还包含增强剂(例如，部分地在其中和/或在其中附接到聚合物基质复合材料)。
17A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，所述聚合物基质复合材料可以包在0.5mm(在一些实施方案中为0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、1cm、5cm、10cm、25cm、50cm，甚至1m)的杆周围而不会断裂。
18A.根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料，所述聚合物基质复合材料包含以下各项中的至少一种：粘度调节剂(例如热解法二氧化硅、嵌段共聚物和蜡)，增塑剂，热稳定剂(例如诸如可以商品名“Irganox 1010”得自德国路德维希港的巴斯夫(BASF,Ludwigshafen,Germany))，抗微生物剂(例如银和季铵)，阻燃剂，抗氧化剂，染料，颜料或紫外线(UV)稳定剂。
1B.一种制备根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料的方法，所述方法包括：
将热塑性聚合物、溶剂和多个介电粒子组合(例如混合或共混)以提供浆液；
使浆液成形为制品(例如层)；
在环境中加热制品，以基于在制品中的溶剂的重量在制品中保留至少90重量％(在一些实施方案中，至少91重量％、92重量％、93重量％、94重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％、99重量％或甚至至少99.5重量％)的溶剂，并基于热塑性聚合物的总重量溶解至少50％(在一些实施方案中，至少55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％，或甚至100％)的热塑性聚合物；以及
诱导热塑性聚合物与溶剂相分离，以提供聚合物基质复合材料。
2B.根据示例性实施方案1B所述的方法，所述方法还包括在诱导所述热塑性聚合物与所述溶剂相分离之后，从所述成形制品中去除溶剂的至少一部分(在一些实施方案中，基于所述成形制品中的所述溶剂的所述重量，去除至少5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％、99重量％、99.5重量％或甚至100重量％的所述溶剂)。
3B.根据示例性实施方案2B所述的方法，其中基于所述成形制品中的所述溶剂的所述重量，去除至少90重量％的所述溶剂，其中在基于所述成形制品中的所述溶剂的所述重量去除至少90重量％的所述溶剂之前，所述成形制品具有第一体积，其中在基于所述成形制品中的所述溶剂的所述重量去除至少90重量％的所述溶剂之后，所述成形制品具有第二体积，并且其中所述第一体积和所述第二体积之间的差(即(所述第一体积减去所述第二体积)除以所述第一体积乘以100)小于10％(在一些实施方案中，小于9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.75％、0.5％，或甚至小于0.3％)。
4B.根据示例性实施方案3B所述的方法，其中所述制品具有第一主表面和第二主表面，其中端部垂直于所述第一主表面和所述第二主表面，并且其中所述端部在去除所述溶剂期间不受约束。
5B.根据示例性实施方案3B或4B所述的方法，其中去除所述溶剂后的所述成形制品具有至少5％(在一些实施方案中，至少10％、20％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或甚至至少90％；在一些实施方案中，在25％至90％的范围内)的孔隙率。
6B.根据示例性实施方案1B所述的方法，其中没有从所述成形制品中去除溶剂(即使在诱导热塑性聚合物与溶剂相分离之后)。
7B.根据任一前述B示例性实施方案所述的方法，其中诱导相分离包括热诱导相分离。
8B.根据任一前述B示例性实施方案所述的方法，其中所述浆液中的所述聚合物具有熔点，其中所述溶剂具有沸点，并且其中在低于所述浆液中的所述聚合物的熔点，并且低于所述溶剂的沸点的温度下进行组合。
9B.根据任一前述B示例性实施方案所述的方法，其中所述浆液中的所述聚合物具有熔点，并且其中在小于所述浆液中的所述聚合物的熔点的温度下进行诱导相分离。
10B.根据任一前述B示例性实施方案所述的方法，所述方法还包括压缩所述聚合物基质复合材料。
11B.根据示例性实施方案1B至9B中的任一项所述的方法，所述方法还包括在施加压缩力的同时将振动能量施加到所述聚合物基质复合材料。
12B.根据任一前述B示例性实施方案所述的方法，其中所述多孔聚合物网络结构包含以下各项中的至少一种：聚丙烯腈、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃、苯乙烯或苯乙烯基无规和嵌段共聚物、氯化聚合物、氟化聚合物或乙烯和氯三氟乙烯的共聚物。
13B.根据任一前述B示例性实施方案所述的方法，其中所述多孔聚合物网络结构包括多个互连的形态(例如，原纤、节结、节点、开孔、闭孔、叶状花边、股线、结点、球体或蜂窝结构中的至少一种)。
14B.根据任一前述B示例性实施方案所述的方法，其中通过可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液的诱导相分离来制备所述多孔聚合物网络结构。
15B.根据示例性实施方案14B所述的方法，其中诱导相分离包括热诱导相分离。
1C.一种制备根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料的方法，所述方法包括：
将热塑性聚合物、溶剂(热塑性聚合物)和多个介电粒子组合(例如混合或共混)，以形成可混溶的聚合物-溶剂溶液；
诱导所述热塑性聚合物与所述溶剂相分离；以及
去除溶剂的至少一部分，以提供所述聚合物基质复合材料。
2C.根据实施方案1C所述的方法，其中诱导相分离包括热诱导相分离或溶剂诱导相分离中的至少一种。
3C.根据示例性实施方案1C所述的方法，其中所述可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液中的所述聚合物具有熔点，其中所述溶剂具有沸点，并且其中在高于所述可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液的所述熔点并且低于所述溶剂的所述沸点的温度下进行组合。
4C.根据任一前述C示例性实施方案所述的方法，其中所述可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液中的所述聚合物具有熔点，并且其中在小于所述可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液中的所述聚合物的所述熔点的温度下进行诱导相分离。
5C.根据任一前述C示例性实施方案所述的方法，所述方法还包括压缩所述聚合物基质复合材料。
6C.根据示例性实施方案1C至4C中的任一项所述的方法，所述方法还包括在施加压缩力的同时将振动能量施加到所述聚合物基质复合材料。
7C.根据任一前述C示例性实施方案所述的方法，其中所述多孔聚合物网络结构包含以下各项中的至少一种：聚丙烯腈、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃、苯乙烯或苯乙烯基无规和嵌段共聚物、氯化聚合物、氟化聚合物或乙烯和氯三氟乙烯的共聚物。
8C.根据任一前述C示例性实施方案所述的方法，其中所述多孔聚合物网络结构包括多个互连的形态(例如，原纤、节结、节点、开孔、闭孔、叶状花边、股线、结点、球体或蜂窝结构中的至少一种)。
1D.一种电场绝缘体，所述电场绝缘体包含根据任一前述A示例性实施方案所述的聚合物基质复合材料。
以下实施例进一步说明了本发明的优点和实施方案，但是这些实施例中所提到的具体材料及其量以及其他条件和细节均不应被解释为是对本发明的不当限制。除非另外指明，否则所有份数和百分比均按重量计。
实施例
气流阻力测试
使用密度计(可以型号4110购自纽约州特洛伊市的Gurley精密仪器公司(GurleyPrecision Instruments,Troy,NY))和定时器(可以型号4320购自Gurley精密仪器公司)测量气流阻力。将样品夹持在测试仪中。复位计时器和光眼，并且释放滚筒，使空气通过具有4.88英寸(12.4cm)水(1215N/m2)的恒定力的1平方英寸(6.5cm2)圆。记录通过50cm3空气的时间。
泡点压力测试
泡点压力是表征多孔隔膜中最大孔的常用技术。切割直径为47mm的盘，并且将样品浸泡在矿物油中以完全填充和润湿样品内的孔。然后，将湿样品置于保持器(47mm；来自纽约州华盛顿港市颇尔公司(Pall Corporation,Port Washington,NY)的不锈钢保持器零件#2220)中。使用压力控制器在样品的顶部缓慢增加压力，并且使用气体流量计在底部测量气流。当来自基线流量的流量显著增加时，对压力进行重新编码。这被报告为每平方英寸(psi)的泡点压力磅数(汞柱的厘米数，cm Hg或帕斯卡，Pa)。该技术是对ASTM F316-03(2006)“Standard Test Methods for Pore Size Characteristics of MembraneFilters by Bubble Point and Mean Flow Pore Test(通过泡点和平均流量孔测试测定隔膜过滤器的孔径特性的标准测试方法)”的修改，并且包括自动压力控制器和流量计以定量何时已达到泡点压力，其中ASTM F316-03(2006)的公开内容以引用方式并入本文。使用以下公式根据ASTM计算孔径：
限制孔直径(μm)＝(以达因/cm*0.415为单位的表面张力)/(以psi为单位的压力)。
包括因数0.415，因为压力以psi为单位。将34.7达因/cm的表面张力用于矿物油。
密度和孔隙率测试
使用与ASTM F-1315-17(2017)“Standard Test Method for Density of aSheet Gasket Material(密封垫圈材料的密度的标准测试方法)”类似的方法计算样品的密度，所述方法为：切割47mm直径的盘，在合适分辨率(通常为0.0001克)的分析天平上称量盘，以及在自重为7.3psi(50.3KPa)的厚度计(可以型号49-70购自美国特拉华州新城堡的测试机器公司(Testing Machines,Inc.New Castle,DE,US))和0.63英寸(1.6cm)直径的平砧上，以约3秒的保压时间和+/-0.0001英寸的分辨率测量盘，其中ASTM F-1315-17(2017)的公开内容以引用方式并入本文。然后通过将质量除以体积来计算密度，该体积由样品的厚度和直径计算。利用聚合物基质复合材料的组分的已知密度和重量分数，通过混合物规则计算聚合物基质复合材料的理论密度。使用理论密度和测量的密度，孔隙率被计算为：
孔隙率＝[1－(测量的密度/理论密度)]×100。
介电测试
将样品置于两个镀金电极之间。正极电极直径为2.54cm(1英寸)，并且接地电极直径为5.1cm(2英寸)。将1400克的重量放置在电极上以获得良好的接触。将正极电极连接到正极端子，并且将接地电极连接到电感-电容-电阻(LCR)计的负极端子(可以型号72-960购自日本东京的天马公司(Tenma,Tokyo,Japan))。选择频率为1kHz，并直接从显示器记录以pF(皮法拉)为单位的电容。
使用以下公式，由所测量的电容(C)计算介电常数(K)。
K＝C*d/e0*A
其中d为以米计的样品的厚度，A为以平方米计的横截面面积，并且e0＝8.85pF/m，自由空间的介电常数。
复介电常数测试
使用类似于见于ASTM D2520-13方法B(2018)“Standard Test Methods forComplex Permittivity(Dielectric Constant)of Solid Electrical InsulatingMaterials at Microwave Frequencies and Temperatures to 1650℃(微波频率和1650℃温度下的固体电绝缘材料的复介电常数(介电常数)标准测试方法)”和美国商务部国家标准技术研究院，1999年3月的James Baker-Jarvis等人的“NIST Technical Note 1512,Dielectric and Magnetic Properties of Printed Wiring Boards and OtherSubstrate Materials,Section 3.2.3(NIST技术注释1512，印刷线路板和其他基板材料的介电和磁性性能，第3.2.3节)”中的分割后介电谐振器方法，在9.5GHz频率下测量复介电常数(介电常数和介电损耗正切)，以上方法的公开内容以引用方式并入本文。
具体地讲，从样品片材冲出五个40mm直径的盘。用手持式厚度计(可以型号293-832购自伊利诺伊州奥罗拉的三丰美国公司(Mitutoyo America Corporation，Aurora，IL))测量盘的厚度。报告平均厚度。将期望频率的分割后介电谐振器(可购自波兰华沙的QWED公司(QWED Company,Warsaw,Poland))连接至矢量网络分析仪(可以型号E8364C10MHz-50 GHz PNA网络分析仪购自加利福尼亚州圣罗莎的安捷伦科技公司(Keysight/Agilent Technologies,Santa Rosa,CA))。使用定义为S21的传输S参数的大小，精确地测量腔体的谐振带宽和共振频率，其中腔体为空并且一次插入一个样本。使用上述参考文献中描述的四种电子器件测量结果，用QWED软件计算在每个腔体的每个频率下的复介电常数。使用以下气隙hg＝1mm的分割后介电谐振器设计来完成接近10GHz的测量；有效区域尺寸L1＝25mm，并且尺寸Lf<150mm，参数。这些参数和测量技术已在2017年12月2日公布的标题为“Split Post Dielectric Resonators for Dielectric Measurements of Substrates(用于基板的介电测量的分割后介电谐振器)”的安捷伦使用说明中有所描述，其公开内容以引用方式并入本文。使用伴随腔体的共振频率的安捷伦软件85071E来计算复介电常数。
实施例1
在120毫升(4盎司)的玻璃瓶中装入1.5克超高分子量聚乙烯(UHMWPE)(可以商品名“GUR-2126”购自德克萨斯州欧文市的塞拉尼斯公司(Celanese Corporation,Irving,TX))，以及15克铝和氧化铝涂布的玻璃泡(该玻璃泡可以商品名“3M SCOTCHLITE S60GLASSBUBBLES”购自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul，MN))，并且如美国专利8,698,394(McCutcheon等人)的实施例所述进行涂布(该专利的公开内容以引用方式并入本文)，并用声学混合机(可以商品名“LABRAM RESONATACOUSTIC MIXER”购自蒙大拿州比尤特市的Resodyn公司(Resodyn Inc.,Butte,MT))以70％强度摇动1分钟。将17.5克低气味的煤油(可购自马萨诸塞州沃德希尔市的阿尔法·埃萨尔公司(Alfa Aesar,Ward Hill,MA))添加到该混合物中，并用手用刮刀搅拌直至获得均匀的浆液。在室温(约25℃)下用勺将浆液施加到3密耳(75微米)热稳定聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬垫(可以商品名“COATEDPET ROLL#33716020500”购自3M公司)，然后在顶部施加3密耳(75微米)热稳定PET衬垫以夹置浆液。然后通过使用被设置成36密耳(914.4微米)间隙的凹口棒将浆液铺展在PET衬垫之间。凹口棒导轨宽于PET衬垫，以获得30密耳(762微米)的有效湿膜厚度。使用具有增大的凹口棒的向下压力的渐进式多次传递来压平浆液。将夹置的、成形浆液置于铝托盘上并置于135℃(275℉)的实验室烘箱(可以商品名“DESPATCH RFD1-42-2E”购自明尼苏达州明尼阿波利斯市的Despatch公司(Despatch,Minneapolis,MN))中5分钟以活化(即，使UHMWPE溶解到溶剂中从而形成单相)。将具有活化夹置成形浆液的托盘从烘箱中取出，并使其空气冷却至环境温度(约25℃)，从而形成溶剂填充的聚合物基质复合材料。去除顶部衬垫和底部衬垫两者，使聚合物基质复合材料暴露于空气。然后将聚合物基质复合材料放回托盘上的PET衬垫(“COATED PET ROLL#33716020500”)上，并在100℃(215℉)的温度下将托盘插入实验室烘箱(“DESPATCH RFD1-42-2E”)中一个小时。在蒸发之后，将聚合物基质复合材料从烘箱中取出，使其冷却至环境温度并进行表征。
参见图1，示出了用SEM(可以商品名“PHENOM”购自俄亥俄州希尔斯伯勒市的FEI公司(FEI Company,Hillsboro,OR)获得的)聚合物基质复合材料的横截面的扫描电镜(SEM)数字图像。通过液氮冷冻压裂，然后用溅射涂布机(可以商品名“EMITECH K550X”购自英国苏塞克斯州莱普顿东斯塞克斯的Quorum技术公司(Quorum Technologies,Laughton EastSussex,England))进行金溅射涂布来制备横截面样品。
所得聚合物基质复合材料的厚度为32.5密耳(826微米)，测量密度为0.36g/cm3(如通过“密度和孔隙率测试”所确定)，孔隙率为42.9％(如通过“密度和孔隙率测试”所确定)，孔径为28.8微米(如通过“气泡点压力测试”所确定)，格利气流为21.1秒/50cm3(如通过“气流阻力测试”所确定)，电容为92皮法拉(如通过“介电测试”所确定)，并且介电常数为17.0(如通过“介电测试”所确定)。前五个实施例的介电特性数据记录在下表1中。
表1
Figure BDA0002493192670000331
实施例2
如实施例1所述制备和测试实施例2，不同的是用未涂布的玻璃泡(“3MSCOTCHLITE S60 GLASS BUBBLES”)替换25重量％的经过涂布的玻璃泡。
所得聚合物基质复合材料的厚度为32.0密耳(813微米)，测量密度为0.36g/cm3，孔隙率为42.9％，孔径为36微米，格利气流为52.1sec/50cm3，并且介电常数为13.6。实施例2的介电特性数据记录在上表1中。
实施例3
如实施例1所述制备和测试实施例3，不同的是用未涂布的玻璃泡(“3MSCOTCHLITE S60 GLASS BUBBLES”)替换50重量％的经过涂布的玻璃泡。
所得聚合物基质复合材料的厚度为30.9密耳(785微米)，测量密度为0.36g/cm3，孔隙率为42.9％，孔径为12微米，格利气流为56.8sec/50cm3，并且介电常数为8.8。实施例3的介电特性数据记录在上表1中。
实施例4
如实施例1所述制备和测试实施例4，不同的是用未涂布的玻璃泡(“3MSCOTCHLITE S60 GLASS BUBBLES”)替换75重量％的经过涂布的玻璃泡。
所得聚合物基质复合材料的厚度为28.7密耳(729微米)，测量密度为0.35g/cm3，孔隙率为44.4％，孔径为48微米，格利气流为26.4sec/50cm3，并且介电常数为6.75。实施例4的介电特性数据记录在上表1中。
实施例5
如实施例1所述制备和测试实施例5，不同的是所有介电粒子均为未涂布的玻璃泡(“3M SCOTCHLITE S60 GLASS BUBBLES”)。
所得聚合物基质复合材料的厚度为30.4密耳(772微米)，测量密度为0.33g/cm3，孔隙率为47.9％，孔径为6.9微米，格利气流为20.2sec/50cm3，并且介电常数为7.3。实施例5的介电特性数据记录在上表1中。
实施例6至实施例10
分别如实施例1-5所述制备实施例6-10，不同的是，用钛酸钡(可以商品名“99％BaTiO3 A0882”购自俄亥俄州哥伦布的GFS化学品公司(GFS Chemicals,Columbus,OH))代替经过涂布的玻璃泡，并且用60微米的聚酰胺粒子(可以商品名“ORGASOL 2002ES 6NAT 3”购自宾夕法尼亚州普鲁士王阿科玛公司(Arkema,King of Prussia,PA))代替未涂布的玻璃泡。考虑到粒子的体积变化和润湿特性，还调整了瓶中粘结剂、粒子和稀释剂(浆液)的总重量。聚合物粘结剂、粒子和稀释剂的重量在下表2中给出。
表2
Figure BDA0002493192670000351
从47mm盘冲出的聚合物基质复合材料的介电测量和结果记录在表2(上文)中。
然后在液压机(可以商品名“WABASH-GENESIS MODEL G30H-15-LP”购自印第安纳州瓦巴什的瓦巴什MPI公司(Wabash MPI,Wabash,IN))中在室温下(约25℃)用27,215千克(30吨)压力在钢板之间压缩在表2(上文)中制备和测试的样品30秒钟。再次测量厚度和介电常数，并记录在下表3中。
表3
Figure BDA0002493192670000352
实施例11和12
如实施例6所述制备并测试实施例11和12，不同的是钛酸钡的浓度增加，如下表4所示。
表4
Figure BDA0002493192670000361
实施例13
如实施例1所述制备实施例13，不同的是低气味煤油的重量被矿物油(可以商品名“KAYDOL”(产品编号637760)购自威斯康星州沃瓦托萨市的布伦塔格大湖公司(BrenntagGreat Lakes Inc.,Wauwatosa,WI))替换。在蒸发步骤之前，使用异丙醇交换矿物油。
参见图2，其示出了聚合物基质复合材料的横截面的SEM数字图像。
所得聚合物基质复合材料的厚度为33.1.0密耳(841微米)，格利气流为50.5秒/50cm3。
实施例14
如实施例1所述制备实施例14，不同的是使用的UHMWPE(“GUR2126”)的重量为21克，并且低气味煤油为21克。
参见图3，其示出了聚合物基质复合材料的横截面的SEM数字图像。
所得聚合物基质复合材料的厚度为33.0密耳(838微米)。
实施例15
在4加仑(15.1升)双行星式混合机(可以商品名“DPM-4”购自纽约州哈帕克市的查尔斯&罗斯父子公司(Charles Ross&Son Company,Hauppauge,NY))中装入66克UHMWPE(“GUR-2126”)和176克玻璃泡(可以商品名“3M GLASS BUBBLES K1”购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))和1080克石蜡(可以商品名“ISOPAR G”购自威斯康辛州萨市的布伦塔格湖公司(Brenntag Great Lakes,Inc.,Wauwatosa,WI))。将组分在全真空下以40rpm的转速混合5分钟，以形成均匀的浆液。然后将浆液排放到1加仑(3.8升)罐中。使罐与空气混合机混合以分散浆液。然后使用500ml塑料烧杯从罐中取出一些浆液。在室温(约25℃)下用勺将浆液施加到3密耳(75微米)厚，12英寸(30.5cm)宽的热稳定聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬垫(“COATED PET ROLL#33716020500”)，然后施加3密耳(75微米)，12英寸(30.5cm)宽的热稳定PET衬垫(“COATED PET ROLL#33716020500”)以夹置浆液。然后经由传送通过被设置成15密耳(381微米)间隙的凹口棒将浆液铺展在移动的PET衬垫之间。从卷绕架以2.3kg(5磅)的张力拉扯PET衬垫。使夹置的成形浆液在135℃(275℉)温度下以每分钟6英尺(每分钟1.8米)的速度传送通过三区域18英尺(5.5米)长的蒸气加热对流烘箱(可购自伊利诺伊州南贝洛特的Infratrol烘箱公司(Infratrol Oven Corporation,SouthBeloit,IL))的前两个区域以活化(即，使UHMWPE溶解在溶剂中)。将活化的夹置成形浆液从烘箱的前两个区域通过空气喷嘴传送，以冷却膜并去除顶部衬垫。活化的成形浆液和底部衬垫在104℃(220℉)的温度下再次进入18英尺长的第三烘箱区域，并且允许石蜡蒸发。将活化的成形的溶剂干燥的聚合物基质复合材料从第三烘箱区域中传送出去，并允许风冷地卷绕到辊上至环境温度(约25℃)。去除底部衬垫，使聚合物基质复合材料暴露于空气。然后将聚合物基质复合材料的样品放置到托盘上的PET衬垫(“COATED PET ROLL#33716020500”)上，并在100℃(215℉)的温度下将托盘插入实验室烘箱(“DESPATCH RFD1-42-2E”)中一个小时。在蒸发之后，将聚合物基质复合材料从烘箱中取出，使其冷却至环境温度并进行表征。
所得聚合物基质复合材料的厚度为17.7密耳(449.6微米)，测量密度为0.093g/cm3，如通过“密度和孔隙率测试”所确定；并且在9.5GHz下的介电常数、损耗角正切值和厚度分别为1.12、0.0011和0.381mm，如通过“复介电常数测试”所确定。
实施例16
如实施例15所述制备实施例16，不同的是使用1280克石蜡(“ISOPAR G”)。
所得聚合物基质复合材料的厚度为12.3密耳(312.4微米)，测量密度为0.081g/cm3，如通过“密度和孔隙率测试”所确定；并且在9.5GHz下的介电常数、损耗角正切值和厚度分别为1.11、0.0010和0.369mm，如通过“复介电常数测试”所确定。
在不脱离本发明的范围和实质的情况下，本公开的可预知的变型和更改对本领域的技术人员来说将显而易见。本发明不应受限于本申请中为了说明目的所示出的实施方案。

Claims (26)

1.一种聚合物基质复合材料，所述聚合物基质复合材料包含：
多孔聚合物网络结构；以及
多个介电粒子，所述多个介电粒子分布在所述聚合物网络结构内，
其中基于所述介电粒子和所述聚合物网络结构的总重量，所述介电粒子的存在量在75重量％至98重量％的范围内；并且其中所述聚合物基质复合材料具有在1.05至80范围内的介电常数。
2.根据权利要求1所述的聚合物基质复合材料，其中所述聚合物基质复合材料具有在0.05g/cm3至6g/cm3范围内的密度。
3.根据权利要求1所述的聚合物基质复合材料，其中所述聚合物基质复合材料具有至少1g/cm3的密度。
4.根据权利要求1所述的聚合物基质复合材料，其中所述聚合物基质复合材料具有在5％至90％范围内的孔隙率。
5.根据权利要求1所述的聚合物基质复合材料，其中所述介电粒子包含钛酸钡、氧化铝、二氧化钛或CaCu3Ti4O12中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的聚合物基质复合材料，其中所述介电粒子包含玻璃泡，每个玻璃泡的第一主表面涂有包含至少一种金属的层和涂布在所述包含至少一种金属的层上的包含至少一种金属氧化物的层。
7.根据权利要求1所述的聚合物基质复合材料，其中所述介电粒子包含玻璃珠，每个玻璃珠的第一主表面涂有包含至少一种金属的层和涂布在所述包含至少一种金属的层上的包含至少一种金属氧化物的层。
8.根据权利要求1所述的聚合物基质复合材料，其中所述介电粒子的平均粒度在从10纳米至120微米的范围内。
9.根据权利要求1所述的聚合物基质复合材料，其中所述多孔聚合物网络结构包含以下各项中的至少一种：聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚烯烃、苯乙烯或苯乙烯基无规和嵌段共聚物、氯化聚合物、氟化聚合物或乙烯和氯三氟乙烯的共聚物。
10.根据权利要求1所述的聚合物基质复合材料，其中所述多孔聚合物网络结构包括相分离的多个互连形态。
11.根据权利要求1所述的聚合物基质复合材料，其中所述多孔聚合物网络结构包含数均分子量在5×104g/mol至1×107g/mol范围内的聚合物，并且其中所述聚合物基质复合材料为厚度在50微米至7000微米范围内的层的形式。
12.一种制备根据权利要求1所述的聚合物基质复合材料的方法，所述方法包括：
将热塑性聚合物、溶剂和多个介电粒子组合以提供浆液；
使所述浆液成形为制品；
在环境中加热所述制品，以基于在所述制品中的所述溶剂的重量在所述制品中保留至少90重量％的所述溶剂，并基于所述热塑性聚合物的总重量溶解至少50重量％的所述热塑性聚合物；以及
诱导所述热塑性聚合物与所述溶剂相分离，以提供所述聚合物基质复合材料。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括在诱导所述热塑性聚合物与所述溶剂相分离之后，从成形制品中去除所述溶剂的至少一部分。
14.根据权利要求13所述的方法，其中不从所述成形制品中去除溶剂。
15.根据权利要求12所述的方法，其中诱导相分离包括热诱导相分离。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述浆液中的所述热塑性聚合物具有熔点，其中所述溶剂具有沸点，并且其中在低于所述浆液中的所述热塑性聚合物的所述熔点并且低于所述溶剂的所述沸点的温度下进行组合。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述浆液中的所述热塑性聚合物具有熔点，并且其中在小于所述浆液中的所述热塑性聚合物的所述熔点的温度下进行诱导相分离。
18.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括压缩所述聚合物基质复合材料。
19.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括在施加压缩力的同时将振动能量施加到所述聚合物基质复合材料。
20.一种制备根据权利要求1所述的聚合物基质复合材料的方法，所述方法包括：
将热塑性聚合物、所述热塑性聚合物可溶于其中的溶剂和多个介电粒子组合，以形成可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液；
诱导所述热塑性聚合物与所述溶剂相分离；以及
去除所述溶剂的至少一部分，以提供所述聚合物基质复合材料。
21.根据权利要求20所述的方法，其中诱导相分离包括热诱导相分离或溶剂诱导相分离中的至少一种。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液中的所述热塑性聚合物具有熔点，其中所述溶剂具有沸点，并且其中在高于所述可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液的所述熔点并且低于所述溶剂的所述沸点的温度下进行组合。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液中的所述热塑性聚合物具有熔点，并且其中在小于所述可混溶的热塑性聚合物-溶剂溶液中的所述热塑性聚合物的所述熔点的温度下进行诱导相分离。
24.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括压缩所述聚合物基质复合材料。
25.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括在施加压缩力的同时将振动能量施加到所述聚合物基质复合材料。
26.一种电场绝缘体，所述电场绝缘体包含根据权利要求1至11中的任一项所述的聚合物基质复合材料。
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