[發明專利]一種柔性無機/有機高頻磁電復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200710019200.1
• 申請日: 2007-11-27
• 公開（公告）號: CN101200564A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發明（設計）人: 汪宏;楊海波;向鋒;姚熹
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C08L23/08
• 分類號: C08L23/08;C08K9/04;H01B3/44;H01F1/42
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明屬于復合材料及其制造領域，具體涉及一種柔性無機/有機高頻磁電復合材料及其制備方法。本發明制備的高頻磁電復合材料具有高介電常數、高磁導率、高截止頻率和小損耗的情況下，能同時擁有良好的柔性。

背景技術

隨著移動通信和消費電子等技術的迅速發展，尤其是近兩年來WAPI、手持終端，射頻IC卡等設備的迅速發展，硬件上對器件小型化、高速化的要求越來越迫切。高介電常數和高磁導率對器件的小型化作用很大，因此開發適用高頻下的高介電常數和高磁導率的介質材料就日益迫切和重要起來。從目前廣泛應用于高頻領域的介質材料來看，很難找到既擁有較高介電常數和磁導率和小的高頻損耗，又擁有一定柔性的材料。這種材料不但在軍事上有潛在的應用，在民用領域也具有廣闊的應用前景。因此開發和尋找具有較高的介電常數和磁導率、低的高頻損耗較好的機械性能的介質材料已經成為全球范圍內從事高頻材料研究人員的共同研究目標。

磁電復合材料可以通過將高介電常數介質材料和高磁導率的磁性材料共燒的方法得到。浙江大學的杜丕一將鎳鋅鐵氧體和鈦酸鋇在高溫下進行共燒得到了一種磁電復合材料，這種復合材料的介電常數和磁導率很高，但是其損耗非常大。當鎳鋅鐵氧體和鈦酸鋇的體積比各為50％時，在10kHz下，其介電常數和磁導率分別為20000，22，介電損耗和磁損耗分別為78％，5.5％。隨著頻率的升高，介電常數和磁導率顯著降低。該復合材料的截止頻率小于100MHz。以上研究表明，通過共燒的方法雖然能夠得到高介電常數和高磁導率的復合材料，但是，由于介電材料對磁性材料的隔絕效果不好，導致損耗較大，截止頻率較低。另外，兩相共燒容易產生一些未知的化學反應的發生、收縮不匹配，燒結溫度不匹配、擴散等缺陷，最終影響復合材料的性能。采用聚合物為基體制備的無機/有機磁電復合材料可以在一定程度上解決上述問題。同時，聚合物基磁電復合材料與印刷電路板(PWB)具有較好的相容性，且可以制成各種各樣的形狀。清華大學的南策文將Co2Z型鐵氧體、金屬鎳和PVDF通過普通的熱壓法制備了一種磁電復合材料。當Co2Z型鐵氧體、金屬鎳和PVDF的體積含量分別為40％，1％，59％時，在10MHz下介電常數、磁導率、介電損耗、磁損耗分別為38，3，17％，8.3％。截止頻率大約100MHz。而且該復合材料的柔性非常有限。

綜上所述，具有一定柔性的高介電常數、高磁導率、高截止頻率和小損耗的高頻磁電復合材料在國內外尚處于空白。

發明內容

針對上述背景技術中存在的缺陷或不足，本發明的一個目的是提供一種高介電常數、高磁導率、高截止頻率和小損耗，且擁有良好的柔性的無機/有機高頻磁電復合材料及其制備方法。該柔性無機/有機高頻磁電復合材料具有高介電常數、高磁導率、高截止頻率和小損耗，且擁有良好的柔性，這種材料具有以下特點：加工溫度低(＜200℃)，相對介電常數和磁導率(μ_r＝1.3～3.8)調節范圍寬(ε_r＝4.5～12)，介質損耗小(100MHz時的tanδ＜1×10^-2)，拉伸率大(90％～700％)。

本發明第二個目的是提供上述高頻復合材料的制備方法。

為了實現上述任務，本發明采用以下技術方案得以實現：

彈性體：100份，高頻介電陶瓷粉末：5～100份，高頻磁性陶瓷粉末：5～100份，表面偶聯劑：1～2份，丙烯酸：2～5份，有機溶劑：50～200份；其中：所述的彈性體為茂金屬催化的乙烯-辛烯共聚物，密度為0.863～0.915g/cm³；高頻介電陶瓷粉末為鈦酸鹽基介質陶瓷或鉍基焦綠石微波介質陶瓷；高頻磁性陶瓷粉末為鎳鋅鐵氧體；所述的高頻介電陶瓷粉末和高頻磁性陶瓷粉末的平均粒徑為100nm～5um；有機溶劑為無水乙醇或石油醚，表面偶聯劑為油酸、硅烷、鈦酸酯或鋁酸酯。

上述柔性無機/有機高頻磁電復合材料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進行：

(1)陶瓷粉末的表面處理

將平均粒徑為100nm～5um的高頻介電陶瓷粉末和高頻磁性陶瓷粉末按體積比各取100份，于110℃下干燥24小時，然后將干燥后的高頻介電陶瓷粉末和高頻磁性陶瓷粉末各溶入體積比為100份的有機溶劑中，有機溶劑中加入有1～5份體積比的丙烯酸，超聲處理10小時，使陶瓷粉末表面被丙烯酸處理；

(2)陶瓷粉末的表面改性