JP2019065094A - Dielectric composite material - Google Patents

Dielectric composite material Download PDF

Info

Publication number
JP2019065094A
JP2019065094A JP2017189166A JP2017189166A JP2019065094A JP 2019065094 A JP2019065094 A JP 2019065094A JP 2017189166 A JP2017189166 A JP 2017189166A JP 2017189166 A JP2017189166 A JP 2017189166A JP 2019065094 A JP2019065094 A JP 2019065094A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composite material
dielectric
filler particles
dielectric composite
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017189166A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6903538B2 (en
Inventor
和田 賢介
Kensuke Wada
賢介 和田
凡子 高木
Namiko Takagi
凡子 高木
景山 恭行
Yasuyuki Kageyama
恭行 景山
孝博 濟藤
Takahiro Saito
孝博 濟藤
康平 長谷
Kohei Hase
康平 長谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2017189166A priority Critical patent/JP6903538B2/en
Publication of JP2019065094A publication Critical patent/JP2019065094A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6903538B2 publication Critical patent/JP6903538B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

To provide a dielectric composite material which has a high dielectric constant, a low dielectric loss, and a high breakdown strength.SOLUTION: A dielectric composite material has a matrix formed of a resin, and filler particles dispersed in the matrix. The filler particles are formed of a perovskite type compound, a half-value width of an X-ray diffraction peak on 111 plane is 0.20° or less, a ratio (c/a axial ratio) of a length of a c-axis to a length of an a-axis determined by powder X-ray diffraction is 1.006 or more, and an equal number (n) of Rosin-Rammler distribution function is 2.3 or more. A coefficient of variation of a distance between particles of the filler particles dispersed in the matrix is 0.9 or less.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、誘電体複合材料に関し、さらに詳しくは、樹脂母材内部に無機化合物からなるフィラー粒子が均一に分散した材料組織を持つ誘電体複合材料に関する。   The present invention relates to a dielectric composite material, and more particularly to a dielectric composite material having a material structure in which filler particles made of an inorganic compound are uniformly dispersed in a resin matrix.

電子機器の受動素子であるコンデンサや回路基板の一種として有機材料が広く用いられている。この用途に求められる特性として重要なものの1つに、比誘電率が高いこと(高誘電率)が挙げられる。比誘電率に比例して材料の静電容量は大きくなるので、高誘電率のコンデンサは、大きな静電容量を得やすく、部品の小型化に有利である。しかし、有機材料は、一般に比誘電率が低い。そのため、有機材料の比誘電率を高めるために、高誘電率を持つ無機フィラーを有機材料中に充填した複合材料、すなわち、有機材料と無機材料の両方の利点を併せ持つ複合材料が広く提案されている。   Organic materials are widely used as a kind of capacitors and circuit boards which are passive elements of electronic devices. One of the important characteristics required for this application is the high relative dielectric constant (high dielectric constant). Since the capacitance of the material increases in proportion to the relative dielectric constant, a high dielectric constant capacitor can easily obtain a large capacitance, which is advantageous for downsizing of parts. However, organic materials generally have low dielectric constants. Therefore, in order to increase the dielectric constant of organic materials, a composite material in which an inorganic filler having a high dielectric constant is filled in the organic material, that is, a composite material having the combined advantages of both organic and inorganic materials has been widely proposed. There is.

例えば、特許文献1には、熱可塑性樹脂中に、10vol%の酸化マグネシウム微粒子(平均粒径:0.2μm、(200)ピークの半値幅:約0.1°)を分散させた誘電体用樹脂組成物が開示されている。
同文献には、
(a)高周波数帯域において使用される誘電体デバイスにおいて、比誘電率の高い材料を使用すると、誘電体デバイスの設計寸法が極端に小さくなり、かつ、伝送遅延によって信号の高速処理に支障が生じる点、及び、
(b)良好な結晶性を有する酸化マグネシウム微粒子を使用すると、誘電体用樹脂組成物の比誘電率ε及び品質係数指標Qfが低下する点、
が記載されている。
For example, Patent Document 1 discloses a dielectric material in which 10 vol% of magnesium oxide fine particles (average particle diameter: 0.2 μm, half width of (200) peak: about 0.1 °) are dispersed in a thermoplastic resin. Resin compositions are disclosed.
In the same document,
(A) In a dielectric device used in a high frequency band, the use of a material having a high dielectric constant extremely reduces the design dimension of the dielectric device, and transmission delay causes a problem in high-speed processing of a signal. Point, and
(B) When magnesium oxide fine particles having good crystallinity are used, the relative dielectric constant ε and the quality factor index Qf of the resin composition for dielectrics decrease,
Is described.

特許文献2には、誘電体組成物ではないが、絶縁性材料であるPC/ABS系樹脂中に、カルボニル還元鉄粉を分散させた複合磁性材料が開示されている。
同文献には、平均粒子径D50%が0.1〜3μmの略球状の鉄粉を比較的低損失な絶縁性材料に配合することにより、高周波数において広帯域で且つ高効率で使用可能な小型アンテナを実現し得る点が記載されている。
Patent Document 2 discloses a composite magnetic material in which a carbonyl reduced iron powder is dispersed in a PC / ABS resin which is not a dielectric composition but is an insulating material.
In the document, it is possible to use a small-sized, high-bandwidth, high-efficiency in high frequency by blending an approximately spherical iron powder having an average particle diameter D of 50% of 0.1 to 3 μm into a relatively low loss insulating material It is stated that the antenna can be realized.

特許文献3には、原料組成物の焼成及び粉砕を2回以上繰り返す誘電体セラミックス粉末の製造方法が開示されている。
同文献には、
(a)このような方法により、比表面積が9m2/cm3以下、格子歪が0.2以下の誘電体セラミックス粉末が得られる点、及び、
(b)このような誘電体セラミックス粉末は、粉砕法による不定形粒子から構成される場合であっても、樹脂との混合物の流動性を確保できる点
が記載されている。
Patent Document 3 discloses a method of manufacturing a dielectric ceramic powder in which firing and crushing of a raw material composition are repeated twice or more.
In the same document,
(A) A point that a dielectric ceramic powder having a specific surface area of 9 m 2 / cm 3 or less and a lattice strain of 0.2 or less is obtained by such a method;
(B) It is described that such dielectric ceramic powder can ensure the fluidity of a mixture with a resin even when it is composed of irregularly shaped particles by a pulverization method.

特許文献4には、誘電体組成物ではないが、高分子材料からなるマトリックス中に、所定の粒度分布を持つ圧電体粒子が分散している高分子複合圧電体が開示されている。
同文献には、
(a)高い振動エネルギーの伝達効率を得るためには、圧電体粒子の粒径は大きい方が好ましいが、大きな圧電体粒子ばかりでは、圧電体粒子の充填密度を十分に高くすることができない点、及び、
(b)複合圧電体中に大きな圧電体粒子と小さな圧電体粒子を混在させると、大きな圧電体粒子によって良好な振動エネルギーの伝達効率が実現されると共に、小さな圧電体粒子が大きな圧電体粒子の間隙に入り込むことにより圧電体粒子の充填密度が高くなる点
が記載されている。
Patent Document 4 discloses a polymer composite piezoelectric body in which piezoelectric particles having a predetermined particle size distribution are dispersed in a matrix that is not a dielectric composition but is made of a polymer material.
In the same document,
(A) In order to obtain high transmission efficiency of vibrational energy, it is preferable that the particle size of the piezoelectric particles is large, but the large piezoelectric particles alone can not sufficiently increase the packing density of the piezoelectric particles. ,as well as,
(B) When large piezoelectric particles and small piezoelectric particles are mixed in the composite piezoelectric material, the large piezoelectric particles realize good vibration energy transfer efficiency, and the small piezoelectric particles are large piezoelectric particles. It is described that the packing density of the piezoelectric particles is increased by entering the gap.

コンデンサの容量密度(F/mm3)は、εr・ε0/d2(εr:真空の誘電率(定数)、ε0:比誘電率、d:厚み)で表される。そのため、同一容量でコンデンサの体格を低減するためには、材料の比誘電率を上げるか、あるいは、コンデンサの厚みを小さくする必要がある。
一方、コンデンサは、使用時に交流電界と電流の位相角(90度)からの遅れによって発生するジュール熱のために発熱する。この遅れを示す位相角(δ)に対する正接が誘電正接(tanδ)として評価される。従って、発熱を抑えるためには、コンデンサの誘電正接は低いことが必要となる。
The capacitance density (F / mm 3 ) of the capacitor is represented by ε r · ε 0 / d 2r : permittivity in vacuum (constant), ε 0 : relative permittivity, d: thickness). Therefore, in order to reduce the size of the capacitor with the same capacitance, it is necessary to increase the relative permittivity of the material or to reduce the thickness of the capacitor.
On the other hand, the capacitor generates heat due to Joule heat generated due to a delay from the AC electric field and the phase angle (90 degrees) of the current during use. A tangent to a phase angle (δ) indicating this delay is evaluated as a dielectric tangent (tan δ). Therefore, in order to suppress heat generation, the dielectric loss tangent of the capacitor needs to be low.

さらに、電動車両のインバータ回路のように高電圧下で使用されるコンデンサには、高電解駆動に耐える高い絶縁破壊強度を備えることが求められる。それ故、インバータ回路で使用されるコンデンサには、高い比誘電率と低い誘電正接に加えて、さらに高い絶縁破壊強度を兼ね備えることが求められる。   Furthermore, a capacitor used under high voltage, such as an inverter circuit of an electric vehicle, is required to have high dielectric breakdown strength that can withstand high electrolytic drive. Therefore, in addition to the high dielectric constant and the low dielectric loss tangent, the capacitor used in the inverter circuit is required to have an even higher dielectric breakdown strength.

一般に、比誘電率と誘電正接、及び、比誘電率と絶縁破壊強度は、それぞれ、背反関係にある。従って、材料の比誘電率が小さくなると、誘電損失も低減されやすく、絶縁破壊強度も向上しやすい。しかし、その場合には同じ体積でコンデンサの容量が減少するので、体格が大きくなってしまう。また、一般に、弱い交流電界で評価される誘電正接と、高電圧現象である絶縁破壊強度は、異なる物性として扱う必要がある。これまで複合材料において、高い比誘電率と低い誘電損失、さらに高い絶縁破壊強度を並立するための要件が必ずしも明確ではなかった。   In general, the relative dielectric constant and the dielectric loss tangent, and the relative dielectric constant and the dielectric breakdown strength are in a contradictory relationship, respectively. Therefore, when the relative dielectric constant of the material decreases, the dielectric loss is likely to be reduced, and the dielectric breakdown strength is also likely to be improved. However, in that case, the capacity of the capacitor decreases in the same volume, and the physique becomes large. In general, it is necessary to treat the dielectric loss tangent evaluated by a weak alternating electric field and the dielectric breakdown strength which is a high voltage phenomenon as different physical properties. So far, in composite materials, the requirements for achieving high dielectric constant, low dielectric loss, and high dielectric breakdown strength have not always been clear.

一方、フィラーに着目すると、常誘電性の材料(例えば、酸化マグネシウム)は、結晶構造に対称性を有しているために低い誘電正接を示しやすい。しかし、分極の大きさも小さくなりやすいため、比誘電率が低い。そのため、常誘電性のフィラーを用いると誘電正接が低い複合材料を得やすいが、比誘電率も低くなりやすい。   On the other hand, when focusing on fillers, paraelectric materials (for example, magnesium oxide) tend to exhibit low dielectric loss tangent because they have symmetry in the crystal structure. However, the relative dielectric constant is low because the magnitude of polarization also tends to be small. Therefore, using a paraelectric filler makes it easy to obtain a composite material having a low dielectric loss tangent, but the relative dielectric constant also tends to be low.

これに対し、強誘電体は、高い比誘電率を示すが、同時に大きな誘電損失を示しやすい。強誘電性のフィラーとしては、例えばBaTiO3が知られており、BaTiO3の粒径や結晶性が誘電特性に及ぼす影響については従来から様々な検討がなされている。しかし、これらの検討は、いずれも焼結体に対するものであり、粉体としてのBaTiO3の誘電特性は不明な点が多い。従って、フィラーとしての要件も明確となっていない。 On the other hand, a ferroelectric exhibits a high relative dielectric constant but tends to simultaneously exhibit a large dielectric loss. For example, BaTiO 3 is known as a ferroelectric filler, and various studies have been made on the influence of the particle diameter and crystallinity of BaTiO 3 on dielectric properties. However, all of these studies are for a sintered body, and the dielectric properties of BaTiO 3 as a powder are not clear. Therefore, the requirements as a filler are not clear.

特開2014−024916号公報JP, 2014-024916, A 特開2011−096923号公報JP, 2011-096923, A 特開2005−306662号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-306662 特開2015−192120号公報JP, 2015-192120, A

H. HSIANG et al., J. Mater. Sci., 36, 3809-3815(2001)H. HSIANG et al., J. Mater. Sci., 36, 3809-3815 (2001) B. Fan et al., Appl. Phys. Lett., 100, 012903(2012)B. Fan et al., Appl. Phys. Lett., 100, 012903 (2012) Y. Mao et al., J. Appl. Phys., 108, 014102(2010)Y. Mao et al., J. Appl. Phys., 108, 01402 (2010)

本発明が解決しようとする課題は、高い比誘電率、低い誘電損失、及び高い絶縁破壊強度を兼ね備えた誘電体複合材料を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide a dielectric composite material having a high dielectric constant, a low dielectric loss, and a high dielectric breakdown strength.

上記課題を解決するために、本発明に係る誘電体複合材料は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
(1)前記誘電体複合材料は、
樹脂からなるマトリックスと、
前記マトリックス内に分散しているフィラー粒子と
を備えている。
(2)前記フィラー粒子は、
ペロブスカイト型化合物からなり、
111面のX線回折ピークの半値幅が0.20°以下であり、
粉末X線回折から求められるa軸の長さに対するc軸の長さの比(c/a軸比)が1.006以上であり、かつ、
ロジン・ラムラー分布関数の均等数(n)が2.3以上である。
(3)前記マトリックス内に分散している前記フィラー粒子の粒子間距離の変動係数は、0.9以下である。
In order to solve the above-mentioned subject, a dielectric composite material concerning the present invention makes it a summary to have the following composition.
(1) The dielectric composite material is
A matrix made of resin,
And filler particles dispersed in the matrix.
(2) The filler particles are
Consists of perovskite type compounds,
The half width of the X-ray diffraction peak of plane 111 is 0.20 ° or less,
The ratio of the c-axis length to the a-axis length (c / a-axis ratio) determined from powder X-ray diffraction is 1.006 or more, and
The equal number (n) of the Rosin-Rammler distribution function is 2.3 or more.
(3) The variation coefficient of the interparticle distance of the filler particles dispersed in the matrix is 0.9 or less.

ペロブスカイト化合物は、強誘電体である。ペロブスカイト化合物の111面ピークの半値幅が小さいことは、結晶構造の揺らぎが小さいこと、すなわち誘電正接が小さいことを表す。また、ペロブスカイト化合物のc/a軸比が大きいことは、分極が大きいこと、すなわち比誘電率が高いことを表す。さらに、均等数が大きいことは、フィラー粒子の粒径のばらつきが小さいことを表す。   The perovskite compound is a ferroelectric. The smaller half width of the 111 plane peak of the perovskite compound means smaller fluctuation of the crystal structure, that is, smaller dielectric loss tangent. In addition, the large c / a axis ratio of the perovskite compound means that the polarization is large, that is, the relative dielectric constant is high. Furthermore, the fact that the even number is large indicates that the variation in the particle size of the filler particles is small.

このような比誘電率が高く、誘電正接が小さく、かつ、粒径のばらつきが小さいフィラー粒子を用いて誘電体複合材料を製造する場合において、製造条件を最適化すると、樹脂中におけるフィラー粒子の粒子間距離の変動係数(粒子間距離のばらつき)が小さくなる。その結果、複合材料内の電界分布の不均一性が小さくなり、高い絶縁破壊強度を保持することが可能となる。すなわち、本発明に係る誘電体複合材料は、従来のものに比して、誘電正接の増加を抑えつつ、高い絶縁破壊強度を保持したまま、比誘電率を大きくすることができる。そのため、これを例えばコンデンサに応用すれば、効果的にコンデンサを小型化することができる。   In the case of producing a dielectric composite material using filler particles having such a high relative dielectric constant, a small dielectric loss tangent, and a small variation in particle diameter, optimization of the production conditions results in the formation of filler particles in the resin. The variation coefficient of interparticle distance (variation of interparticle distance) is reduced. As a result, the non-uniformity of the electric field distribution in the composite material is reduced, and high breakdown strength can be maintained. That is, the dielectric composite material according to the present invention can increase the relative dielectric constant while maintaining high dielectric breakdown strength while suppressing the increase in dielectric loss tangent as compared with the conventional one. Therefore, if this is applied to, for example, a capacitor, the capacitor can be effectively miniaturized.

本発明に係る誘電体複合材料の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the dielectric material composite material which concerns on this invention. 誘電体複合材料の製造方法の工程図である。It is process drawing of the manufacturing method of dielectric material composite material. 比較例2で用いたBaTiO3粉末のX線回折パターン(111回折)である。7 is an X-ray diffraction pattern (111 diffraction) of the BaTiO 3 powder used in Comparative Example 2. フィラー粒子の均等数と粒子間距離の変動係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the equivalent number of filler particles, and the variation coefficient of the distance between particles.

以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. 誘電体複合材料]
図1に、本発明に係る誘電体複合材料の断面模式図を示す。
図1において、誘電体複合材料10は、
樹脂からなるマトリックス12と、
マトリックス12内に分散しているフィラー粒子14と
を備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
[1. Dielectric composite material]
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a dielectric composite material according to the present invention.
In FIG. 1, the dielectric composite material 10 is
A matrix 12 made of resin,
And filler particles 14 dispersed in a matrix 12.

[1.1. マトリックス]
[1.1.1. 組成]
マトリックス12は、樹脂からなる。本発明において、マトリックス12を構成する樹脂の組成は、誘電体特性を持つ樹脂である限りにおいて、特に限定されない。
マトリックス12を構成する樹脂としては、例えば、
(a)フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエステル樹脂、熱硬化性ポリイミドなどの熱硬化性樹脂、
(b)ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、アクリル樹脂、フッ素樹脂、熱可塑性ポリイミド、ポリフッ化ビニリデンなどの熱可塑性樹脂、
などがある。
[1.1. matrix]
[1.1.1. composition]
The matrix 12 is made of resin. In the present invention, the composition of the resin constituting the matrix 12 is not particularly limited as long as it has a dielectric property.
As resin which comprises the matrix 12, for example,
(A) thermosetting resin such as phenol resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, polyurethane, unsaturated polyester resin, thermosetting polyimide,
(B) Thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyvinyl chloride, polyamide, acrylic resin, fluorine resin, thermoplastic polyimide, polyvinylidene fluoride, etc.
and so on.

マトリックス12には、これらのいずれか1種の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いても良く、あるいは、2種以上の熱硬化性樹脂又は2種以上の熱可塑性樹脂を組み合わせて用いても良い。さらに、1種又は2種以上の熱硬化性樹脂と、1種又は2種以上の熱可塑性樹脂とを組み合わせて用いても良い。   Any one of these thermosetting resins or thermoplastic resins may be used as the matrix 12, or two or more thermosetting resins or two or more thermoplastic resins may be used in combination. good. Furthermore, one or more thermosetting resins may be used in combination with one or more thermoplastic resins.

これらの中でもマトリックス12を構成する樹脂は、ポリフッ化ビニリデン、又はその共重合体が好ましい。ポリフッ化ビニリデンは、樹脂として高い比誘電率を有している。そのため、複合材料のマトリックスとしてこれを用いた際には、複合材料全体の比誘電率を高くすることができる。   Among these, polyvinylidene fluoride or a copolymer thereof is preferable as the resin constituting the matrix 12. Polyvinylidene fluoride has a high relative dielectric constant as a resin. Therefore, when this is used as the matrix of the composite material, the relative dielectric constant of the entire composite material can be increased.

[1.1.2. 比誘電率]
マトリックス12を構成する樹脂の比誘電率は、高い程よい。一般に、樹脂の比誘電率は、最大でも5程度であり、無機化合物からなる誘電体より低い。しかし、樹脂は、比誘電率が低いため、その誘電損失も低い値を示しやすい。
[1.1.2. Dielectric constant]
The higher the dielectric constant of the resin constituting the matrix 12, the better. In general, the dielectric constant of the resin is at most about 5 and is lower than the dielectric composed of an inorganic compound. However, since the resin has a low relative dielectric constant, its dielectric loss tends to show a low value.

[1.2. フィラー粒子]
[1.2.1. 組成]
本発明において、フィラー粒子14は、ペロブスカイト化合物からなる。ペロブスカイト化合物とは、化学式がABO3(A、Bは、ぞれぞれ、金属元素)で表される無機化合物をいう。ペロブスカイト化合物としては、例えば、
(a)AがBa、Pb、Ca、Srなどの2価元素からなり、BがTi、Zr、Sn、Hfなどの4価元素からなるもの、
(b)AがLi、Na、Kなどの1価元素からなり、BがNb、Taなどの5価元素からなるもの、
(c)これらの固溶体
などがある。
[1.2. Filler particle]
[1.2.1. composition]
In the present invention, the filler particles 14 are made of a perovskite compound. The perovskite compound refers to an inorganic compound whose chemical formula is represented by ABO 3 (A and B are each a metal element). As a perovskite compound, for example,
(A) A consisting of divalent elements such as Ba, Pb, Ca, Sr, and B consisting of tetravalent elements such as Ti, Zr, Sn, Hf, etc.
(B) A consisting of monovalent elements such as Li, Na and K, and B consisting of pentavalent elements such as Nb and Ta,
(C) There is such a solid solution.

これらの中でも、ペロブスカイト化合物は、BaTiO3、又は、BaTiO3とそれ以外の前記ペロブスカイト化合物との固溶体が好ましい。BaTiO3又はその固溶体は、他のペロブスカイト化合物又はそれ以外の無機化合物に比べて比誘電率が高いので、フィラー粒子14を構成する無機化合物として好適である。 Among these, the perovskite compound is preferably BaTiO 3 or a solid solution of BaTiO 3 and the other perovskite compounds. BaTiO 3 or a solid solution thereof is preferable as the inorganic compound constituting the filler particle 14 because the dielectric constant is higher than that of the other perovskite compounds or the other inorganic compounds.

[1.2.2. 半値幅]
一般に、誘電体複合材料において、誘電体複合材料に含まれる無機化合物の比誘電率が大きくなるほど、少量の無機化合物の添加で高い比誘電率が得られる。従って、無機化合物の比誘電率は高いことが望ましい。一方で、無機化合物の粒径が小さくなるのに伴い、粒子全体に占める表面層の割合が増加する。粒子の表面は内部よりも高いエネルギー状態にあるため、構造秩序が乱れやすく結晶性が低下する。そのため、物理的・化学的性質が組成本来のものから変化し、粒子表面では比誘電率は低下し、誘電正接も大きくなりやすい。従って、無機化合物の粒径が小さくなっても、結晶性は高いことが望ましい。
[1.2.2. Half width]
In general, in the dielectric composite material, the higher the relative dielectric constant of the inorganic compound contained in the dielectric composite material, the higher the relative dielectric constant can be obtained by the addition of a small amount of the inorganic compound. Therefore, it is desirable that the relative dielectric constant of the inorganic compound be high. On the other hand, as the particle diameter of the inorganic compound decreases, the ratio of the surface layer to the entire particle increases. Since the surface of the particle is in a higher energy state than the interior, the structural order is easily disturbed and the crystallinity is reduced. As a result, the physical and chemical properties change from those inherent in the composition, the relative dielectric constant decreases on the particle surface, and the dielectric loss tangent tends to increase. Therefore, it is desirable that the crystallinity be high even if the particle size of the inorganic compound is reduced.

結晶性の程度は、111面のX線回折ピークの半値幅で評価することができる。ここで、本発明において「半値幅」とは、半値全幅をいう。一般に、半値幅が小さくなるほど、結晶構造の揺らぎが小さくなり、誘電正接が小さくなる。
誘電正接の小さい誘電体複合材料を得るためには、フィラー粒子14は、111面のX線回折ピークの半値幅が0.20°以下である必要がある。半値幅は、好ましくは、0.18°以下、さらに好ましくは、0.16°以下である。
The degree of crystallinity can be evaluated by the half value width of the X-ray diffraction peak of the 111 plane. Here, in the present invention, “half width” refers to the full width at half maximum. Generally, the smaller the half width, the smaller the fluctuation of the crystal structure and the smaller the dielectric loss tangent.
In order to obtain a dielectric composite material with a small dielectric loss tangent, it is necessary for the filler particles 14 to have a half width of 0.21 ° or less of the X-ray diffraction peak on the 111 plane. The half width is preferably 0.18 ° or less, more preferably 0.16 ° or less.

[1.2.3. c/a軸比]
ペロブスカイト化合物は、室温では正方晶又は斜方晶の結晶構造を取り、c軸の長さは、a軸の長さよりも長い。一般に、a軸の長さに対するc軸の長さの比(c/a軸比)が大きくなるほど、分極が大きくなり、比誘電率が高くなる。このc/a軸比は、ペロブスカイト化合物の組成や結晶性などに依存して変化する。c/a軸比は、粉末X線回折から求めることができる。
比誘電率の高い誘電体複合材料を得るためには、フィラー粒子14は、粉末X線回折から求められるc/a軸比が1.006以上である必要がある。c/a軸比は、好ましくは、1.007以上、さらに好ましくは、1.009以上である。
[1.2.3. c / a axis ratio]
The perovskite compound has a tetragonal or orthorhombic crystal structure at room temperature, and the length of the c-axis is longer than the length of the a-axis. Generally, as the ratio of the c-axis length to the a-axis length (c / a-axis ratio) increases, the polarization increases and the relative dielectric constant increases. The c / a axis ratio changes depending on the composition, crystallinity and the like of the perovskite compound. The c / a axial ratio can be determined from powder X-ray diffraction.
In order to obtain a dielectric composite material having a high relative dielectric constant, it is necessary for the filler particles 14 to have a c / a axial ratio determined from powder X-ray diffraction of 1.006 or more. The c / a axial ratio is preferably 1.007 or more, more preferably 1.009 or more.

[1.2.4. 均等数]
一般に、粒子の粒度分布は、以下の式(1)で表されるロジン・ラムラー(Rosin-Rammler)の式で表現される場合が多い。
R=100exp(−bDn) ・・・(1)
但し、Rは積算ふるい上の粒子の質量%、Dは粒子の粒径、bは定数、nは均等数。
[1.2.4. Equal number]
In general, the particle size distribution of particles is often expressed by the formula of Rosin-Rammler represented by the following formula (1).
R = 100 exp (-bD n ) (1)
However, R is the mass% of particles on the integrated screen, D is the particle size of the particles, b is a constant, and n is an even number.

横軸(x軸)をlogD、縦軸(y軸)をlog(log(100/R))として、粒径D及び積算ふるい上の粒子の質量R(%)の各測定値をプロットすると、式(1)より、logDとlog(log(100/R))とは直線関係となり、均等数(n)は直線の勾配を示すこととなる。均等数(n)が大きいことは、粒度分布がシャープであることを表す。また、y切片(=−n・logb)から定数bを求めることができる。   When the horizontal axis (x axis) is log D and the vertical axis (y axis) is log (log (100 / R)), the measured values of particle diameter D and mass R (%) of particles on integrated screen are plotted, From equation (1), log D and log (log (100 / R)) have a linear relationship, and the even number (n) indicates the slope of the straight line. A large equivalent number (n) indicates that the particle size distribution is sharp. Also, the constant b can be obtained from y intercept (= −n · log b).

マトリックス12内においてフィラー粒子14が不均一に分散していると、誘電体複合材料10内の電界分布の不均一性が大きくなり、絶縁破壊強度が低下する。高い絶縁破壊強度を得るためには、マトリックス12内においてフィラー粒子14が均一に分散しているのが好ましい。しかし、フィラー粒子14の粒度分布がブロードであると、フィラー粒子14の均一分散が困難となる。
高い絶縁破壊強度を得るためには、ロジン・ラムラー分布関数における均等数(n)は、2.3以上である必要がある。均等数(n)は、好ましくは、2.5以上、さらに好ましくは、2.7以上である。
If the filler particles 14 are unevenly dispersed in the matrix 12, the inhomogeneity of the electric field distribution in the dielectric composite material 10 becomes large, and the dielectric breakdown strength decreases. In order to obtain high dielectric breakdown strength, it is preferable that the filler particles 14 be uniformly dispersed in the matrix 12. However, if the particle size distribution of the filler particles 14 is broad, uniform dispersion of the filler particles 14 becomes difficult.
In order to obtain high dielectric breakdown strength, the equal number (n) in the Rosin-Rammler distribution function needs to be 2.3 or more. The equivalent number (n) is preferably 2.5 or more, more preferably 2.7 or more.

[1.2.5. 平均粒径]
一般に、フィラー粒子14の平均粒径が小さくなるほど、少量のフィラー粒子14の添加で高い比誘電率が得られる。このような効果を得るためには、フィラー粒子14の平均粒径は、500nm以下が好ましい。平均粒径は、好ましくは、400nm以下、さらに好ましくは、300nm以下である。
[1.2.5. Average particle size]
In general, the smaller the average particle size of the filler particles 14 is, the higher the relative dielectric constant can be obtained by the addition of a small amount of filler particles 14. In order to obtain such an effect, the average particle diameter of the filler particles 14 is preferably 500 nm or less. The average particle size is preferably 400 nm or less, more preferably 300 nm or less.

一方、フィラー粒子14の平均粒径が小さくなりすぎると、高い結晶性のフィラー粒子14を得ることが難しくなり、フィラー粒子14の比誘電率も減少する。そのため、マトリックス12中に充填した際に、複合材料で高誘電率を得ることが困難となる。また、凝集力も高くなるためにマトリックス12中に均一に分散することが困難となり、絶縁破壊強度も低下する。従って、フィラー粒子14の平均粒径は、5nm以上が好ましい。平均粒径は、好ましくは、10nm以上、さらに好ましくは、15nm以上である。
ここで、「平均粒径」とは、レーザー回折散乱法により測定される粒径のメディアン値(D50)をいう。
On the other hand, when the average particle diameter of the filler particles 14 becomes too small, it becomes difficult to obtain the highly crystalline filler particles 14, and the relative dielectric constant of the filler particles 14 also decreases. Therefore, when filling in the matrix 12, it becomes difficult to obtain a high dielectric constant in the composite material. In addition, since the cohesion force also becomes high, it becomes difficult to disperse uniformly in the matrix 12, and the dielectric breakdown strength also decreases. Therefore, the average particle diameter of the filler particles 14 is preferably 5 nm or more. The average particle size is preferably 10 nm or more, more preferably 15 nm or more.
Here, the "average particle diameter" refers to the median value (D 50 ) of the particle diameter measured by the laser diffraction scattering method.

[1.3. 誘電体複合材料の特性]
[1.3.1. 変動係数]
「粒子間距離の変動係数」とは、粒子間距離の標準偏差(σ)を粒子間距離の算術平均(Lm)で除した値(=σ/Lm)をいう。本発明において、「粒子間距離」とは、フィラー粒子間の最近接距離をいう。最近接距離の算出方法については、後述する。粒子間距離の変動係数が小さいことは、粒子間距離のばらつきが小さいこと(すなわち、フィラー粒子14が均一に分散していること)を表す。上述したように、変動係数は、誘電体複合材料10の絶縁破壊強度に影響を与える。
高い絶縁破壊強度を得るためには、変動係数は、0.9以下である必要がある。変動係数は、好ましくは、0.8以下、さらに好ましくは、0.7以下である。
[1.3. Properties of dielectric composites]
[1.3.1. Coefficient of variation]
The “coefficient of variation of interparticle distance” refers to a value (= σ / L m ) obtained by dividing the standard deviation (σ) of the interparticle distance by the arithmetic mean (L m ) of the interparticle distance. In the present invention, the "inter-particle distance" refers to the closest contact distance between filler particles. The method of calculating the closest distance will be described later. The small variation coefficient of the inter-particle distance means that the variation of the inter-particle distance is small (that is, the filler particles 14 are uniformly dispersed). As described above, the coefficient of variation affects the dielectric breakdown strength of the dielectric composite material 10.
In order to obtain high dielectric breakdown strength, the coefficient of variation needs to be 0.9 or less. The coefficient of variation is preferably 0.8 or less, more preferably 0.7 or less.

[1.3.2. 体積分率]
フィラー粒子14の体積分率(充填量)は、誘電体複合材料10の比誘電率に影響を与える。一般に、フィラー粒子14の体積分率が小さくなりすぎると、誘電体複合材料10の比誘電率が低下する。従って、フィラー粒子14の体積分率は、2vol%以上が好ましい。体積分率は、好ましくは、5vol%以上、さらに好ましくは、10vol%以上である。
[1.3.2. Volume fraction]
The volume fraction (filling amount) of the filler particles 14 affects the relative dielectric constant of the dielectric composite material 10. In general, when the volume fraction of the filler particles 14 becomes too small, the dielectric constant of the dielectric composite material 10 decreases. Therefore, the volume fraction of the filler particles 14 is preferably 2 vol% or more. The volume fraction is preferably 5 vol% or more, more preferably 10 vol% or more.

一方、フィラー粒子14の体積分率が大きくなりすぎると、成形性が低下し、誘電体複合材料10中に気孔が生成しやすくなる。誘電体複合材料10中の気孔は、比誘電率を低下させる原因となる。従って、フィラー粒子14の体積分率は、50vol%以下が好ましい。体積分率は、好ましくは、45vol%以下、さらに好ましくは、40vol%以下である。   On the other hand, when the volume fraction of the filler particles 14 is too large, the formability is reduced and pores are easily generated in the dielectric composite material 10. Pores in the dielectric composite material 10 cause the relative dielectric constant to decrease. Therefore, the volume fraction of the filler particles 14 is preferably 50 vol% or less. The volume fraction is preferably 45 vol% or less, more preferably 40 vol% or less.

[1.3.3. 厚み]
本発明に係る誘電体複合材料10を用いてコンデンサを作製した場合、コンデンサの容量密度(F/mm3)は、εr・ε0/d2(εr:真空の誘電率(定数)、ε0:比誘電率、d:厚み)で表される。すなわち、誘電体複合材料10の厚みが薄くなるほど、容量密度が大きくなる。このような効果を得るためには、誘電体複合材料10の厚みは、50μm以下が好ましい。厚みは、好ましくは、30μm以下、さらに好ましくは、10μm以下である。
一方、誘電体複合材料10の厚みが薄くなりすぎると、フィラー粒子14同士が電極間で連結する確率が高くなり、結果として絶縁破壊強度が小さくなりやすい。従って、厚みは、2μm以上が好ましい。厚みは、好ましくは、4μm以上、さらに好ましくは、6μm以上である。
[1.3.3. Thickness]
When a capacitor is produced using the dielectric composite material 10 according to the present invention, the capacitance density (F / mm 3 ) of the capacitor is ε r · ε 0 / d 2r : permittivity (constant) of vacuum, ε 0 is a relative dielectric constant, d is a thickness). That is, as the thickness of the dielectric composite material 10 decreases, the capacitance density increases. In order to obtain such an effect, the thickness of the dielectric composite material 10 is preferably 50 μm or less. The thickness is preferably 30 μm or less, more preferably 10 μm or less.
On the other hand, when the thickness of the dielectric composite material 10 is too thin, the probability that the filler particles 14 are connected between the electrodes becomes high, and as a result, the dielectric breakdown strength tends to be small. Therefore, the thickness is preferably 2 μm or more. The thickness is preferably 4 μm or more, more preferably 6 μm or more.

[1.3.4. 誘電体特性]
上述したように、フィラー粒子14の半値幅、c/a軸比、変動係数、均等数などを最適化すると、高い比誘電率、低い誘電損失、及び高い絶縁破壊強度を兼ね備えた誘電体複合材料10が得られる。具体的には、これらのパラメータを最適化すると、
(a)周波数10kHzにおいて比誘電率が15より大きく、
(b)周波数10kHzにおいて誘電正接tanδが0.02以下であり、かつ、
(c)絶縁破壊強度が150V/μm以上より大きい
誘電体複合材料10が得られる。
[1.3.4. Dielectric property]
As described above, when the half width of the filler particle 14, c / a axis ratio, coefficient of variation, uniform number, and the like are optimized, the dielectric composite material has high dielectric constant, low dielectric loss, and high dielectric breakdown strength. 10 is obtained. Specifically, when these parameters are optimized,
(A) The relative dielectric constant is greater than 15 at a frequency of 10 kHz,
(B) The dielectric loss tangent tan δ is 0.02 or less at a frequency of 10 kHz, and
(C) A dielectric composite material 10 having a dielectric breakdown strength of greater than 150 V / μm is obtained.

[1.4. 電極]
誘電体複合材料10をコンデンサとして使用する場合、誘電体複合材料10を薄膜状に成形し、薄膜の上下面には、それぞれ、電極16、18が形成される。電極16、18の形状、材料等は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適なものを選択することができる。
[1.4. electrode]
When the dielectric composite material 10 is used as a capacitor, the dielectric composite material 10 is formed into a thin film, and electrodes 16 and 18 are formed on the upper and lower surfaces of the thin film, respectively. The shape, material, and the like of the electrodes 16 and 18 are not particularly limited, and an optimal one can be selected according to the purpose.

[2. 誘電体複合材料の製造方法]
本発明に係る誘電体複合材料は、
(a)樹脂とフィラー粒子とを混合してスラリーとし、
(b)スラリーを基材上に塗工して所定の厚さの塗膜とし、
(c)塗膜を乾燥させる
ことにより製造することができる。
[2. Method of manufacturing dielectric composite material]
The dielectric composite material according to the present invention is
(A) Mix resin and filler particles to make a slurry,
(B) The slurry is applied onto a substrate to form a coating of a predetermined thickness,
(C) It can manufacture by drying a coating film.

[2.1. 混合工程]
まず、樹脂とフィラー粒子を混合し、スラリーを得る(混合工程)。具体的には、樹脂と溶媒とを混合・融解し、樹脂ワニスを調製する。次いで、樹脂ワニスに所定量のフィラー粒子を添加し、これらを十分に混合する。
溶媒は、樹脂を融解させることが可能なものであればよい。溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、リン酸トリメチル、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトンなどがある。溶媒の量は、フィラー粒子が均一に分散しており、かつ、塗工可能な程度の粘度を有するスラリーを作製可能な量であれば良い。混合方法及び混合条件は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適なものを選択することができる。
[2.1. Mixing process]
First, resin and filler particles are mixed to obtain a slurry (mixing step). Specifically, a resin and a solvent are mixed and melted to prepare a resin varnish. Next, a predetermined amount of filler particles is added to the resin varnish, and these are thoroughly mixed.
The solvent may be any one that can melt the resin. Examples of the solvent include N, N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, trimethyl phosphate, tetrahydrofuran, methyl ethyl ketone and the like. The amount of the solvent may be such an amount that the filler particles are uniformly dispersed, and a slurry having a coatable viscosity can be prepared. The mixing method and the mixing conditions are not particularly limited, and an optimum one can be selected according to the purpose.

[2.2. 塗工工程]
次に、スラリーを基材上に塗工し、塗膜を得る(塗工工程)。基材の種類及び塗工方法は、均一な塗膜を形成可能な限りにおいて、特に限定されない。
[2.2. Coating process]
Next, the slurry is coated on a substrate to obtain a coating (coating step). The type of substrate and the coating method are not particularly limited as long as a uniform coating film can be formed.

[2.3. 乾燥工程]
次に、基材上の塗膜を乾燥させる(乾燥工程)。これにより、塗膜から溶媒が揮発し、本発明に係る誘電体複合材料が得られる。乾燥方法及び乾燥条件は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な条件を選択することができる。乾燥後、誘電体複合材料を基材から剥離させる。
[2.3. Drying process]
Next, the coating on the substrate is dried (drying step). Thereby, the solvent is volatilized from the coating film, and the dielectric composite material according to the present invention is obtained. The drying method and the drying conditions are not particularly limited, and optimum conditions can be selected according to the purpose. After drying, the dielectric composite is peeled from the substrate.

[3. 作用]
ペロブスカイト化合物は、強誘電体である。ペロブスカイト化合物の111面ピークの半値幅が小さいことは、結晶構造の揺らぎが小さいこと、すなわち誘電正接が小さいことを表す。また、ペロブスカイト化合物のc/a軸比が大きいことは、分極が大きいこと、すなわち比誘電率が高いことを表す。さらに、均等数が大きいことは、フィラー粒子の粒径のばらつきが小さいことを表す。
[3. Action]
The perovskite compound is a ferroelectric. The smaller half width of the 111 plane peak of the perovskite compound means smaller fluctuation of the crystal structure, that is, smaller dielectric loss tangent. In addition, the large c / a axis ratio of the perovskite compound means that the polarization is large, that is, the relative dielectric constant is high. Furthermore, the fact that the even number is large indicates that the variation in the particle size of the filler particles is small.

このような比誘電率が高く、誘電正接が小さく、かつ、粒径のばらつきが小さいフィラー粒子を用いて誘電体複合材料を製造する場合において、製造条件を最適化すると、樹脂中におけるフィラー粒子の粒子間距離の変動係数(粒子間距離のばらつき)が小さくなる。その結果、複合材料内の電界分布の不均一性が小さくなり、高い絶縁破壊強度を保持することが可能となる。すなわち、本発明に係る誘電体複合材料は、従来のものに比して、誘電正接の増加を抑えつつ、高い絶縁破壊強度を保持したまま、比誘電率を大きくすることができる。そのため、これを例えばコンデンサに応用すれば、効果的にコンデンサを小型化することができる。   In the case of producing a dielectric composite material using filler particles having such a high relative dielectric constant, a small dielectric loss tangent, and a small variation in particle diameter, optimization of the production conditions results in the formation of filler particles in the resin. The variation coefficient of interparticle distance (variation of interparticle distance) is reduced. As a result, the non-uniformity of the electric field distribution in the composite material is reduced, and high breakdown strength can be maintained. That is, the dielectric composite material according to the present invention can increase the relative dielectric constant while maintaining high dielectric breakdown strength while suppressing the increase in dielectric loss tangent as compared with the conventional one. Therefore, if this is applied to, for example, a capacitor, the capacitor can be effectively miniaturized.

(実施例1〜5、比較例1〜7)
[1. 試料の作製]
図2に、誘電体複合材料の製造方法の工程図を示す。ペレット状のポリフッ化ビニリデン(PVDF)とN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を混合・融解し、PVDF/DMFワニスを調製した。最終的な複合材料中の充填量が20vol%となるようにフィラー粒子を秤量し、PVD/DMFワニスと共に混合してスラリーを調製した。フィラー粒子には、平均粒径、均等数、半値幅、及び/又は、c/a軸比の異なる種々のBaTiO3粒子を用いた。
(Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 7)
[1. Preparation of sample]
FIG. 2 shows a flow chart of a method of manufacturing a dielectric composite material. A PVDF / DMF varnish was prepared by mixing and melting pelletized polyvinylidene fluoride (PVDF) and N, N-dimethylformamide (DMF). The filler particles were weighed so that the final composite material had a loading of 20 vol%, and mixed with a PVD / DMF varnish to prepare a slurry. As the filler particles, various BaTiO 3 particles having different average particle diameter, equal number, half width and / or c / a axial ratio were used.

次に、基材上にスラリーを塗工し、厚みが250μmの塗膜を得た。さらに、塗膜を200℃で1時間乾燥させることで、膜状の誘電体複合材料を得た。基材から膜を剥離させた後、両面に電極を形成し、電気物性評価用の試験片(図1参照)を得た。   Next, the slurry was applied onto the substrate to obtain a coating having a thickness of 250 μm. Further, the coating was dried at 200 ° C. for 1 hour to obtain a film-like dielectric composite material. After peeling the film from the substrate, electrodes were formed on both sides to obtain a test piece for electrical property evaluation (see FIG. 1).

[2. 試験方法]
[2.1. 誘電・絶縁特性]
比誘電率及び誘電正接をインピーダンスアナライザ(Keysight、HP4194A)で測定した。直流絶縁破壊強度を超高電圧耐圧試験器(計測技術研究所、7474)によって、絶縁オイル中で評価した。いずれの評価も室温で実施した。
[2. Test method]
[2.1. Dielectric and insulating properties]
The relative permittivity and the dielectric loss tangent were measured by an impedance analyzer (Keysight, HP4194A). The direct current dielectric breakdown strength was evaluated in the insulating oil by an ultra-high voltage withstand voltage tester (Measurement Technology Laboratory, 7474). All evaluations were performed at room temperature.

[2.2. フィラー粒子の半値幅及びc/a軸比]
X線回折装置(RINT−TTR、リガク社製)を用いて、半値幅及びc/a軸比を測定した。X線管球をCu、管電圧を50kV、管電流を300mA、ステップサイズを0.01°として、2θ=10°〜90°で測定した。回折角38.8°近傍に現れるBaTiO3の111回折に対応するピークから、111回折の半値幅を算出した。
また、データベースで報告されている正方晶のBaTiO3の結晶構造を元にして、各フィラー粒子の格子定数を最小二乗法で精密化した。求められたa軸の長さとc軸の長さからc/a軸比を算出した。例として、図3に、比較例2で用いたBaTiO3粉末のX線回折パターン(111回折)を示す。
[2.2. Filler particle half width and c / a axis ratio]
The half width and c / a axis ratio were measured using an X-ray diffractometer (RINT-TTR, manufactured by Rigaku Corporation). With an X-ray tube Cu, a tube voltage of 50 kV, a tube current of 300 mA, and a step size of 0.01 °, measurement was made at 2θ = 10 ° to 90 °. The half value width of 111 diffraction was calculated from the peak corresponding to 111 diffraction of BaTiO 3 appearing near the diffraction angle of 38.8 °.
In addition, based on the crystal structure of tetragonal BaTiO 3 reported in the database, the lattice constant of each filler particle was refined by the method of least squares. The c / a axis ratio was calculated from the length of the a axis and the length of the c axis obtained. As an example, FIG. 3 shows an X-ray diffraction pattern (111 diffraction) of the BaTiO 3 powder used in Comparative Example 2.

[2.3. フィラー粒子の均等数]
式(1)を用いて、フィラー粒子の均等数を求めた。
[2.3. Equal number of filler particles]
The uniform number of filler particles was determined using equation (1).

[2.4. 変動係数]
複合材料をエポキシ樹脂に埋めた後、断面をアルゴンビームで加工し、走査型電子顕微鏡(SEM:日立ハイテクノロジーズ、SU3500)を用いて10,000倍で観察した。複数の視野に対して画像処理ソフトによって観察像の明暗からマトリックスとフィラー粒子を二値化した。検出されたフィラー粒子に対して、最近接の重心同士を頂点とする三角形を像内のすべての粒子を対象に形成した。形成された三角形の一辺である重心間距離から粒子間距離を算出した。ある2個の粒子に対する粒子間距離は、
(粒子間距離)=(重心間距離)−(各粒子の円相当半径の和)
で定義される。
ここで、円相当半径は、円相当径の半径であり、円相当径は検出された各粒子の面積Sから円相当径=√(4×S/π)で求められる。
像内のすべての粒子に対して粒子間距離を求め、粒子間距離の変動係数を
(粒子間距離の変動係数)=(粒子間距離の平均偏差)/(平均粒子間距離)
から算出した。
[2.4. Coefficient of variation]
After embedding the composite material in an epoxy resin, the cross section was processed with an argon beam and observed at 10,000 times with a scanning electron microscope (SEM: Hitachi High-Technologies, SU3500). Matrix and filler particles were binarized from light and dark of the observed image by image processing software for a plurality of visual fields. With respect to the detected filler particles, triangles having vertices of closest centroids to each other were formed for all particles in the image. The distance between particles was calculated from the distance between the centers of gravity which is one side of the formed triangle. The interparticle distance for a given two particles is
(Distance between particles) = (distance between centers of gravity)-(sum of equivalent circle radius of each particle)
Defined by
Here, the equivalent circle radius is the radius of the equivalent circle diameter, and the equivalent circle diameter is obtained from the area S of each of the detected particles by the equivalent circle diameter = √ (4 × S / π).
Determine the interparticle distance for all particles in the image, and change the interparticle distance variation coefficient by (interparticle distance variation coefficient) = (average deviation of interparticle distance) / (average interparticle distance)
Calculated from

[3. 結果]
[3.1. 粉体特性、及び誘電・絶縁特性]
表1に、BaTiO3フィラーの粉体特性、及び得られた複合材料の誘電・絶縁特性を示す。BaTiO3フィラーのc/a軸比が1.006以上、111半値幅が0.20°以下の場合に、複合材料のtanδが0.02以下を示した。また、BaTiO3フィラーの111半値幅が0.20°以下、かつ粒子間距離の変動係数が0.9以下である場合に、絶縁破壊強度が150V/μmより高い値を示した。
[3. result]
[3.1. Powder characteristics and dielectric / insulation characteristics]
Table 1 shows the powder properties of the BaTiO 3 filler, and the dielectric and insulating properties of the obtained composite material. The tan δ of the composite material was 0.02 or less when the c / a axial ratio of the BaTiO 3 filler was 1.006 or more and the 111 half width was 0.20 ° or less. In addition, when the 111 half width of the BaTiO 3 filler was 0.20 ° or less and the variation coefficient of the interparticle distance was 0.9 or less, the dielectric breakdown strength showed a value higher than 150 V / μm.

Figure 2019065094
Figure 2019065094

[3.2. 均等数と変動係数の関係]
図4に、同じ粒径の実施例5、比較例6、比較例7について、横軸に均等数の逆数1/nを取り、横軸に粒子間距離の変動係数を取った場合のグラフを示す。図4に示すように、粒子間距離の変動係数を小さくするには、1/nを小さくすること(すなわち、粒度分布を狭くすること)が有効であることがわかる。すなわち、均等数が2.3以上である(粒度分布が狭い)フィラーを樹脂中に分散させることで、複合材料内でのフィラー粒子の粒子間距離の変動係数(粒子間距離のばらつき)が0.9以下となり、絶縁破壊強度が高くなる。
以上から明らかなように、本発明に係る複合材料は、高い比誘電率と、低い誘電損失、かつ、高い絶縁破壊強度を有し、コンデンサとして有効に機能することが判明した。
[3.2. Relationship between even number and coefficient of variation]
FIG. 4 is a graph in which the abscissa represents the reciprocal 1 / n of the equivalent number and the abscissa represents the variation coefficient of the distance between particles for Example 5, Comparative Example 6, and Comparative Example 7 having the same particle diameter. Show. As shown in FIG. 4, in order to reduce the variation coefficient of the interparticle distance, it is understood that reducing 1 / n (that is, narrowing the particle size distribution) is effective. That is, by dispersing the filler having a uniform number of 2.3 or more (the particle size distribution is narrow) in the resin, the variation coefficient of the distance between the filler particles (the variation of the distance between particles) in the composite material is 0 .9 or less and the dielectric breakdown strength is increased.
As apparent from the above, it has been found that the composite material according to the present invention has a high dielectric constant, a low dielectric loss, and a high dielectric breakdown strength, and effectively functions as a capacitor.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited at all to the said embodiment, A various change is possible within the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明に係る誘電体複合材料は、コンデンサやキャパシタ素子の誘電体として使用することができる。   The dielectric composite material according to the present invention can be used as a dielectric of a capacitor or a capacitor element.

10 誘電体複合材料
12 マトリックス
14 フィラー粒子
10 dielectric composite 12 matrix 14 filler particles

Claims (8)

以下の構成を備えた誘電体複合材料。
(1)前記誘電体複合材料は、
樹脂からなるマトリックスと、
前記マトリックス内に分散しているフィラー粒子と
を備えている。
(2)前記フィラー粒子は、
ペロブスカイト型化合物からなり、
111面のX線回折ピークの半値幅が0.20°以下であり、
粉末X線回折から求められるa軸の長さに対するc軸の長さの比(c/a軸比)が1.006以上であり、かつ、
ロジン・ラムラー分布関数の均等数(n)が2.3以上である。
(3)前記マトリックス内に分散している前記フィラー粒子の粒子間距離の変動係数は、0.9以下である。
Dielectric composite material having the following configuration.
(1) The dielectric composite material is
A matrix made of resin,
And filler particles dispersed in the matrix.
(2) The filler particles are
Consists of perovskite type compounds,
The half width of the X-ray diffraction peak of plane 111 is 0.20 ° or less,
The ratio of the c-axis length to the a-axis length (c / a-axis ratio) determined from powder X-ray diffraction is 1.006 or more, and
The equal number (n) of the Rosin-Rammler distribution function is 2.3 or more.
(3) The variation coefficient of the interparticle distance of the filler particles dispersed in the matrix is 0.9 or less.
前記フィラー粒子は、BaTiO3、又は、前記BaTiO3とそれ以外の前記ペロブスカイト化合物との固溶体からなる請求項1に記載の誘電体複合材料。 The dielectric composite material according to claim 1, wherein the filler particle comprises BaTiO 3 or a solid solution of the BaTiO 3 and the other perovskite compound. 前記樹脂は、ポリフッ化ビニリデン、又はその共重合体らなる請求項1又は2に記載の誘電体複合材料。   The dielectric composite material according to claim 1, wherein the resin is polyvinylidene fluoride or a copolymer thereof. 前記ロジン・ラムラー分布関数の均等数(n)が2.5以上である請求項1から3までのいずれか1項に記載の誘電体複合材料。   The dielectric composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein an equal number (n) of the Rosin-Rammler distribution function is 2.5 or more. 周波数10kHzにおいて比誘電率が15より大きく、
周波数10kHzにおいて誘電正接tanδが0.02以下であり、かつ、
絶縁破壊強度が150V/μmより大きい
請求項1から4までのいずれか1項に記載の誘電体複合材料。
The relative permittivity is greater than 15 at a frequency of 10 kHz,
The dielectric loss tangent tan δ is 0.02 or less at a frequency of 10 kHz, and
The dielectric composite material according to any one of claims 1 to 4, wherein the dielectric breakdown strength is greater than 150 V / μm.
前記フィラー粒子の平均粒径が500nm以下である請求項1から5までのいずれか1項に記載の誘電体複合材料。   The dielectric composite material according to any one of claims 1 to 5, wherein an average particle diameter of the filler particles is 500 nm or less. 厚みが2μm以上50μm以下である請求項1から6までのいずれか1項に記載の誘電体複合材料。   The dielectric composite material according to any one of claims 1 to 6, which has a thickness of 2 μm to 50 μm. 前記フィラー粒子の体積分率(充填量)が2vol%以上50vol%以下である請求項1から7までのいずれか1項に記載の誘電体複合材料。   The dielectric composite material according to any one of claims 1 to 7, wherein a volume fraction (filling amount) of the filler particles is 2 vol% or more and 50 vol% or less.
JP2017189166A 2017-09-28 2017-09-28 Dielectric composite Active JP6903538B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017189166A JP6903538B2 (en) 2017-09-28 2017-09-28 Dielectric composite

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017189166A JP6903538B2 (en) 2017-09-28 2017-09-28 Dielectric composite

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019065094A true JP2019065094A (en) 2019-04-25
JP6903538B2 JP6903538B2 (en) 2021-07-14

Family

ID=66338351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017189166A Active JP6903538B2 (en) 2017-09-28 2017-09-28 Dielectric composite

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6903538B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210125786A (en) * 2020-04-09 2021-10-19 한국생산기술연구원 Composite dielectric substance having high permittivity, electro-adhesion gripper comprising same and method of preparing same

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003012377A (en) * 2001-06-28 2003-01-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method of manufacturing fine particles and manufacturing device for the same
WO2007088924A1 (en) * 2006-02-01 2007-08-09 Daikin Industries, Ltd. Highly dielectric film
JP2010030861A (en) * 2008-07-30 2010-02-12 Kanto Denka Kogyo Co Ltd Barium titanate fine particle and its manufacturing method
JP2011225425A (en) * 2010-03-30 2011-11-10 Tdk Corp Barium titanate powder and method for producing the same
JP2012211046A (en) * 2011-03-31 2012-11-01 Tdk Corp Method for producing barium titanate powder, and method for producing electronic component using the barium titanate powder
JP2013209251A (en) * 2012-03-30 2013-10-10 Taiyo Yuden Co Ltd Ceramic powder and multi-layer ceramic capacitor
WO2015016268A1 (en) * 2013-07-30 2015-02-05 京セラ株式会社 Dielectric film, film capacitor and electric device
JP2016039114A (en) * 2014-08-11 2016-03-22 トヨタ自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2016127286A (en) * 2014-12-31 2016-07-11 エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド Multilayer variable element and display device
JP2017017167A (en) * 2015-06-30 2017-01-19 住友ベークライト株式会社 Electromagnetic wave shielding film, and electronic component mounting board

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003012377A (en) * 2001-06-28 2003-01-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method of manufacturing fine particles and manufacturing device for the same
WO2007088924A1 (en) * 2006-02-01 2007-08-09 Daikin Industries, Ltd. Highly dielectric film
JP2010030861A (en) * 2008-07-30 2010-02-12 Kanto Denka Kogyo Co Ltd Barium titanate fine particle and its manufacturing method
JP2011225425A (en) * 2010-03-30 2011-11-10 Tdk Corp Barium titanate powder and method for producing the same
JP2012211046A (en) * 2011-03-31 2012-11-01 Tdk Corp Method for producing barium titanate powder, and method for producing electronic component using the barium titanate powder
JP2013209251A (en) * 2012-03-30 2013-10-10 Taiyo Yuden Co Ltd Ceramic powder and multi-layer ceramic capacitor
WO2015016268A1 (en) * 2013-07-30 2015-02-05 京セラ株式会社 Dielectric film, film capacitor and electric device
JP2016039114A (en) * 2014-08-11 2016-03-22 トヨタ自動車株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2016127286A (en) * 2014-12-31 2016-07-11 エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド Multilayer variable element and display device
JP2017017167A (en) * 2015-06-30 2017-01-19 住友ベークライト株式会社 Electromagnetic wave shielding film, and electronic component mounting board

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210125786A (en) * 2020-04-09 2021-10-19 한국생산기술연구원 Composite dielectric substance having high permittivity, electro-adhesion gripper comprising same and method of preparing same
KR102410667B1 (en) * 2020-04-09 2022-06-17 한국생산기술연구원 Composite dielectric substance having high permittivity, electro-adhesion gripper comprising same and method of preparing same

Also Published As

Publication number Publication date
JP6903538B2 (en) 2021-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Enhanced dielectric tunability of Ba0. 6Sr0. 4TiO3/Poly (vinylidene fluoride) composites via interface modification by silane coupling agent
Yang et al. Polyimide/nanosized CaCu3Ti4O12 functional hybrid films with high dielectric permittivity
Wang et al. Improving dielectric properties and energy storage performance of poly (vinylidene fluoride) nanocomposite by surface-modified SrTiO3 nanoparticles
Mao et al. Size-dependences of the dielectric and ferroelectric properties of BaTiO3/polyvinylidene fluoride nanocomposites
Hu et al. Dielectric properties of BST/polymer composite
Gao et al. (Ba, Sr) TiO3/polymer dielectric composites–progress and perspective
EP1708212A2 (en) Method for manufacturing dielectric ceramic powder, and multilayer ceramic capacitor obtained by using the ceramic powder
Lu et al. Fabrication and characterization of free-standing, flexible and translucent BaTiO3-P (VDF-CTFE) nanocomposite films
JP4972903B2 (en) Dielectric composition
Fu et al. Comparative study of dielectric properties of the PVDF composites filled with spherical and rod-like BaTiO3 derived by molten salt synthesis method
Mishra et al. Dielectric properties of 0.25 (BZT–BCT)–0.75 [(1− x) PVDF–xCCTO](x= 0.02, 0.04, 0.06, 0.08 and 0.1) composites for embedded capacitor applications
Wang et al. Calcining temperature dependence on structure and dielectric properties of CaCu 3 Ti 4 O 12 ceramics
Wang et al. Enhancing energy storage density of (Ba, Sr) TiO 3 ceramic particles by coating with Al 2 O 3 and SiO 2
Zhou et al. PVDF reinforced with core–shell structured Mo@ MoO3 fillers: effects of semi-conductor MoO3 interlayer on dielectric properties of composites
Drishya et al. Preparation, characterization, and dielectric properties of PP/CaTiO3 composites for microwave substrate applications
Jain et al. Microstructure induced ultra-high energy storage density coupled with rapid discharge properties in lead-free Ba0. 9Ca0. 1Ti0. 9Zr0. 1O3–SrNb2O6 ceramics
Zha et al. Tailored wide-frequency dielectric behavior of polyimide composite films with Ba x Sr 1-x TiO 3 Perovskites ceramic particles
JP6903538B2 (en) Dielectric composite
WO2004090912A1 (en) Paste composition and dielectric composition using the same
KR102184931B1 (en) Method for preparing dielectric having low dielectric loss and dielectric prepared thereby
US20020040085A1 (en) Polymer matrix composites
Graça et al. Microwave dielectric properties of CCTO/PVA composites
Xu et al. TiO2/Ca9Al (PO4) 7 composites with enhanced dielectric breakdown strength and energy storage density
WO2016163330A1 (en) Dielectric ceramic material, method for manufacturing same, and composite dielectric material
JP2006344407A (en) Composite dielectric material, prepreg using the same, metal foil painted object, molded compact, composite dielectric base board, multi-layered base board, and manufacturing method of composite dielectric material

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190710

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200908

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201023

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210323

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210513

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210615

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210623

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6903538

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150