[發(fā)明專(zhuān)利]含有碳納米管類(lèi)流體的高介電復(fù)合材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010606638.1
• 申請(qǐng)日: 2010-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102081990A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷佑安;王要令;趙振新
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河南城建學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H01B3/02
• 分類(lèi)號(hào): H01B3/02;H01B19/00
• 代理公司: 鄭州紅元帥專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 41117
• 代理人: 楊妙琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高介電復(fù)合材料，尤其涉及一種含有碳納米管類(lèi)流體的高介電復(fù)合材料。

背景技術(shù)

具有高介電常數(shù)的新型介電材料在信息技術(shù)、微電子、電力工程、國(guó)防科技等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的介電材料，如鐵電陶瓷和某些半導(dǎo)電性有機(jī)固體，雖然介電常數(shù)高，但非常脆，而且工藝復(fù)雜，成本很高。傳統(tǒng)的高分子材料盡管具有很多優(yōu)點(diǎn)，但介電常數(shù)<10，難以實(shí)用。利用有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合技術(shù)，在聚合物基體中填充陶瓷、金屬粉末或其他粒子等也能夠制備高介電材料，其中碳納米管CNF及其衍生物作為新興的填料已有成功的例子。例如，CN1432598A中碳納米管/聚偏氟乙烯/鈦酸鋇體系的介電常數(shù)大于?450，CN200810018851.3?中的功能化碳納米管/聚偏氟乙烯薄膜材料介電常數(shù)達(dá)到?1000，但是前者由于碳納米管難于分散的特點(diǎn)、物相相容性不太理想，后者由于使用溶劑超聲分散法，制備時(shí)間長(zhǎng)，環(huán)保性不佳，而且只能制備較薄的薄膜材料，使用會(huì)受到限制。

碳納米管類(lèi)流體（Carbon?Nanotube?Fluids，CNTFs）是?2007?年報(bào)道的一類(lèi)新型納米功能材料，其制備方法為：將碳納米管與濃硫酸/濃硝酸的混合物中進(jìn)行超聲或者加熱回流反應(yīng)，得到表面含有羥基、羧基等功能團(tuán)的氧化碳納米管（o-CNTs），再將得到的氧化碳納米管（o-CNTs）與長(zhǎng)鏈有機(jī)物（如：3-（三甲氧基硅丙基）二甲基十八烷基氯化銨、烷基叔胺聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚（10）硫酸鈉等）進(jìn)行接枝反應(yīng)，洗滌干燥后得到無(wú)溶劑碳納米管類(lèi)流體。由于在碳納米管表面接枝有機(jī)層，因此，CNTFs具有良好的分散性和相容性，更重要的是它具有無(wú)溶劑條件下類(lèi)似液體流變行為（G’’>G’），因此加工性能極佳，是理想的高介電復(fù)合材料組分。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種含有碳納米管類(lèi)流體的高介電復(fù)合材料，該材料介電常數(shù)高（250?以上）、易加工、物相相容性好。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種含有碳納米管類(lèi)流體的高介電復(fù)合材料，以體積比計(jì)包括：碳納米管類(lèi)流體CNTFs?10%-70%和鋯鈦酸鉛PZT?30-90%。

進(jìn)一步，所述CNTFs外徑為10~60?nm，長(zhǎng)度為?0.5~5μm，PZT的粒度為?0.1~5μm。

一種含有碳納米管類(lèi)流體的高介電復(fù)合材料的制備工藝，包括以下步驟：

a、配料：按上述配比取外徑為10~60?nm的?0.?01-0.?25?克碳納米管類(lèi)流體和粒度為0.1?~5μm的?1?克?PZT粉末；

b、共混：將碳納米管類(lèi)流體、PZT按上述比例混合、攪拌均勻；?

c、將混合均勻的粉末放在壓片機(jī)上，室溫~80℃/?2~15MPa條件下，時(shí)間為?15~25?min，保壓成型，得到所需的二元CNTFs/?PZT高介電復(fù)合材料。

本發(fā)明的積極效果為：

本發(fā)明所得復(fù)合材料柔性好、介電常數(shù)高、物相相容性好，因?yàn)榧尤氲腃NTFs是改進(jìn)型的CNT材料，在CNT表面接枝有機(jī)層，大大提高了分散性和相容性。

本發(fā)明易加工、應(yīng)用廣泛,?因?yàn)榧尤氲腃NTFs具有無(wú)溶劑條件下類(lèi)似液體流變行為（G’’>G’），加工性能極佳，可直接用熱壓法壓制成型，大大縮短了制備時(shí)間，而且通過(guò)選擇不同碳納米管類(lèi)流體和調(diào)節(jié)添加組分的相對(duì)含量，可明顯改變?cè)摬牧系慕殡姵?shù)和柔韌性，可分別滿(mǎn)足不同的場(chǎng)合需要。

附圖說(shuō)明

圖1為碳納米管類(lèi)流體Ⅲ的透射電鏡形貌圖。

圖2為實(shí)施例一所得復(fù)合材料的介電常數(shù)隨頻率變化圖。

圖3為實(shí)施例二所得復(fù)合材料的介電常數(shù)隨頻率變化圖。

圖4為實(shí)施例三所得復(fù)合材料的介電常數(shù)隨頻率變化圖。

具體實(shí)施方式

原料的預(yù)制：將碳納米管與濃硫酸/濃硝酸的混合物中進(jìn)行超聲或者加熱回流反應(yīng)，得到表面含有羥基、羧基等功能團(tuán)的氧化碳納米管（o-CNTs），再將得到的氧化碳納米管（o-CNTs）分別與長(zhǎng)鏈有機(jī)物3-（三甲氧基硅丙基）二甲基十八烷基氯化銨和壬基酚聚氧乙烯醚（10）硫酸鈉在50-100℃下進(jìn)行接枝反應(yīng)4~24h，洗滌干燥后得到無(wú)溶劑的碳納米管類(lèi)流體Ⅰ和Ⅱ；同樣用上述方法在o-CNTs上先后接枝烷基叔胺聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚（10）硫酸鈉各一層，制得碳納米管類(lèi)流體Ⅲ，其透射電鏡形貌圖如圖1所示。

本發(fā)明的含有碳納米管類(lèi)流體的高介電復(fù)合材料，以體積比計(jì)包括：碳納米管類(lèi)流體CNTFs?10%-70%和鋯鈦酸鉛PZT?30-90%，其制備工藝如下：