CN111471303A - 一种离子导体填充的高介电常数复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种离子导体填充的高介电常数复合材料的制备方法，包括以下步骤:(1)、将离子导体液滴或粉末均匀分散于聚合物前体中，形成非均相复合体系，制得复合材料前体；(2)、将步骤(1)制得的复合材料前体倒入模具中，进行固化即可得到离子导体填充的高介电常数复合材料；本发明的合成条件极为简单温和，可供选择的离子导体材料的种类非常多，极大地丰富了高介电常数复合材料，且介电性能优异。

Description

一种离子导体填充的高介电常数复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于聚合物复合材料制备技术领域，特别涉及一种离子导体填充的高介电常数复合材料的制备方法。
背景技术
近年来，聚合物基高介电常数材料成为研究热点，在微电子、储能、人工肌肉、柔性电子、传感器等领域有着重要的应用前景。
有机聚合物电介质材料，具有易加工、质轻、柔性、成本低等特点，而有机聚合物本身的相对介电常数较低，一般小于10，难以满足日益增长的性能需求。
制备聚合物复合材料是提高介电常数的有效途径。向聚合物基体中填入高介电常数陶瓷粉末可提高介电常数，文献报道的陶瓷填料有钛酸钡、钛酸铜钙、二氧化钛、二氧化硅、泥锌酸铅、泥镁酸铅等。另一个途径是向聚合物基体中填入导电材料，如石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管等碳材料，银颗粒、铝颗粒、液态金属等金属材料。
而目前导电填料主要利用的是电子导体，而将离子导体材料作为填料的研究还很少，离子导体材料包括电解质溶液、离子液体、聚合物固态电解质、离子导电陶瓷、离子导电凝胶等，其可供选择的材料种类非常多，离子导体与聚合物基体形成非均相复合体系，在一定频率范围内，离子在电场作用下也可发生极化，因此也可以显著提高复合材的料介电常数。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种离子导体填充的高介电常数复合材料的制备方法，将离子导体作为填料分散于聚合物基体中可制备得到高介电常数复合材料，具有合成方法简单、成本低、可规模化制备、原料选择多样等特点。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种离子导体填充的高介电常数复合材料的制备方法，包括以下步骤:
(1)、将离子导体液滴或粉末均匀分散于聚合物前体中，形成非均相复合体系，制得复合材料前体；
所述的离子导体液滴为具有离子导电性的液体，包括离子液体、电解质溶液；
所述的离子导体粉末，包括聚合物固态电解质粉末、离子导电陶瓷粉末或离子导电凝胶粉末，其粒径为10纳米到50微米；
所述的聚合物前体包括有机硅灌封胶、聚氨酯灌封胶、环氧树脂灌封胶、PVDF溶液、PVDF-HFP溶液或乙丙橡胶溶液；
所述的离子导体与聚合物前体的体积比例为(0.1～4)：1；
(2)、将步骤(1)制得的复合材料前体倒入模具中，进行固化即可得到离子导体填充的高介电常数复合材料。
本发明的优点：本发明的合成条件极为简单温和，可供选择的离子导体材料的种类非常多，极大地丰富了高介电常数复合材料，且介电性能优异。
附图说明
图1为本发明实施例一所制得的高介电常数复合材料在不同频率下的介电常数和损耗图。
图2为本发明实施例二所制得的高介电常数复合材料扫描电镜图像。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用原料和化学试剂均为分析纯。
实施例一
本实施例的制备方法为：
(1)、将20毫升离子液体1-丁基-2，3-二甲基咪唑双三氟甲黄酰亚胺盐与30毫升有机硅灌封胶184混合搅拌，离子液体以液滴形式分散于有机硅中，制备得到均匀乳液，即为复合材料前体；
(2)、将步骤(1)得到的复合材料前体灌注于玻璃板模具中，将模具置于100摄氏度烘箱内，放置1小时，让有机硅灌封胶184充分固化，取出模具，拆开就得到了高介电常数复合材料薄膜。
所得的高介电常数复合材料其介电常数与介电损耗如图1，其值达到了20左右，比未填充离子液体的灌封胶184(其介电常数为3)高得多。
本实施例的优点：反应条件温和，制得的复合材料介电常数高，且其介电损耗较小，复合材料性质稳定。
实施例二
本实施例的制备方法为：
(1)、将高氯酸钾溶解于碳酸丙烯酯溶剂中，得到0.5M/L的电解质溶液，取此溶液10毫升与20毫升有机硅灌封胶184混合搅拌，电解质溶液以液滴形式分散于有机硅中，制备得到均匀乳液，即为复合材料前体；
(2)、将步骤(1)得到的复合材料前体灌注于玻璃板模具中，将模具置于60摄氏度烘箱内，放置4小时，让有机硅灌封胶184充分固化，取出模具，拆开就得到了高介电常数复合材料薄膜。
本实施例的优点：如图2，液滴分散均匀，且其粒径大小均一。
实施例三
本实施例的制备方法为：
(1)、将PVDF-HFP聚合物粉末溶解于丙酮中，得到质量比为40％聚合物含量的溶液；向制得的溶液中加入离子导电陶瓷粉末LAGP，使得其质量与聚合物质量比为1：1，充分搅拌，得到均匀分散的前体；
(2、将步骤(1)的溶液转移入模具中，待丙酮挥发完全即可到高介电常数聚合物复合材料。
本实施例的优点：材料性能稳定，介电性能良好。
实施例四
本实施例的制备方法为：
(1)、将PVDF-HFP聚合物粉末溶解于丙酮中，得到质量比为40％
聚合物含量的溶液；向制得的溶液中加入离子导电陶瓷粉末LLZO，使得其质量与聚合物质量比为1：1，充分搅拌，得到均匀分散的前体；
(2)、将步骤(1)的溶液转移入模具中，待丙酮挥发完全即可到高介电常数聚合物复合材料。
本实施例的优点：材料在1MH在高频下介电性能良好。
实施例四
本实施例的制备方法为：
(1)、将粒径为1微米左右的离子导电凝胶微球分散于液体聚氨酯灌封胶中，其质量比为0.5：1；
(2)、将步骤(1)得到的复合材料前体灌注于玻璃板模具中，将模具置于60摄氏度烘箱内，放置4小时，让聚氨酯灌封胶充分固化，取出模具，拆开就得到了高介电常数复合材料薄膜。
本实施例的优点：采用离子导电凝胶微球作为填充，其粒径可调，分散均匀、制备简单，得到的复合材料介电常数大。

Claims (6)

1.一种离子导体填充的高介电常数复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)、将离子导体液滴或粉末均匀分散于聚合物前体中，形成非均相复合体系，制得复合材料前体；所述的离子导体与聚合物前体的体积比例为(0.1～4)：1；
(2)、将步骤(1)制得的复合材料前体倒入模具中，进行固化即可得到离子导体填充的高介电常数复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种离子导体填充的高介电常数复合材料的制备方法，其特征在于，所述的离子导体液滴为具有离子导电性的液体，包括离子液体、电解质溶液。
3.根据权利要求1所述的一种离子导体填充的高介电常数复合材料的制备方法，其特征在于，所述的离子导体粉末，包括聚合物固态电解质粉末、离子导电陶瓷粉末或离子导电凝胶粉末，其粒径为10纳米到50微米。
4.根据权利要求1所述的一种离子导体填充的高介电常数复合材料的制备方法，其特征在于，所述的聚合物前体包括有机硅灌封胶、聚氨酯灌封胶、环氧树脂灌封胶、PVDF溶液、PVDF-HFP溶液或乙丙橡胶溶液。
5.根据权利要求1所述的一种离子导体填充的高介电常数复合材料的制备方法，其特征在于，
(1)、将20毫升离子液体1-丁基-2，3-二甲基咪唑双三氟甲黄酰亚胺盐与30毫升有机硅灌封胶184混合搅拌，离子液体以液滴形式分散于有机硅中，制备得到均匀乳液，即为复合材料前体；
(2)、将步骤(1)得到的复合材料前体灌注于玻璃板模具中，将模具置于100摄氏度烘箱内，放置1小时，让有机硅灌封胶184充分固化，取出模具，拆开就得到了高介电常数复合材料薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种离子导体填充的高介电常数复合材料的制备方法，其特征在于，
(1)、将PVDF-HFP聚合物粉末溶解于丙酮中，得到质量比40％聚合物含量的溶液；向制得的溶液中加入离子导电陶瓷粉末LLZO，使得其质量与聚合物质量比为1：1，充分搅拌，得到均匀分散的前体；
(2)、将步骤(1)的溶液转移入模具中，待丙酮挥发完全即可到高介电常数聚合物复合材料。
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