[發明專利]高介電常數的聚合物-鉀鹽復合膜材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110346427.3
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN102504450A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 朱基亮;朱波;曾子繁;孫平;汪忠興;鄭茂梅;王明松;劉靜;朱建國;肖定全
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08K3/26;C08J5/18;B29C71/02;C23C14/34;C23C14/20
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 劉雙蘭

技術領域

本發明涉及一種復合膜材料及其制備技術，特別涉及一種具有高介電常數的聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)與鉀鹽的復合膜材料及其制備方法，屬于介電復合材料領域。

背景技術

高介電材料由于其優良的介電性能，在固態電容器、微波介質元件上有著廣泛的應用前景，如：動態隨機存儲器，大功率電容器等。而高介電陶瓷，如CaCu₃Ti₄O₁₂由于其良好的介電性能得到了廣泛的重視。但是，高介電陶瓷雖然具有良好的介電性能，卻有較大的脆性和需極高的制備溫度，因而限制了其應用，特別是在集成電路上的應用受到了較大限制。

而高介電聚合物基體復合材料擁有一定的韌性和遠低于陶瓷的制備溫度，且擁有遠高于普通聚合物的介電常數而得到越來越多的關注。2000年清華大學的南策文課題組報道了具有高介電常數的PVDF-Ni復合材料，其介電常數為400，遠高于純PVDF小于10的介電常數，之后該課題組還報道了Ni-BaTiO₃/PVDF三相復合材料，其介電常數高達800；2005年，Lai?Qi等人報道的銀-環氧樹脂復合材料也擁有300的介電常數；而賓州州立大學Q.M.Zhang等人在近幾年報道多種全聚合物復合材料在1kHz下擁有大于1000的介電常數。但是這些聚合物復合材料的介電常數依然遠低于高介電陶瓷的介電常數。

近年來，對于高介電常數復合材料的研究的重點仍然是體材料。然而，隨著現代器件發展的小型化和集成化，相對于體材料，更為輕薄的膜材料表現出了它特有的優越性。2007年，Chen等人報道了在PVDF中加入乙炔黑(AB)，以DMF為溶劑，采用浸漬提拉法制成的PVDF/AB復合膜材料在1kHz下擁有大約50的介電常數，但這與高介電陶瓷及塊體復合材料相比還有較大的差距。

所以，一種具有能與高介電陶瓷的介電常數相比擬的或者更高的高介電常數，且制備工藝簡單、原料易得、成本低廉，能夠大面積成膜且易于大規模生產的高介電常數復合膜材料及其制備技術需要盡快研制出來，這也正是本發明的任務所在。

發明內容

本發明的目的就是要提供一種制備工藝簡單、原料易得、成本低廉、能夠大面積成膜且易于大規模生產的具有高介電常數及較低介電損耗的聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)-鉀鹽復合膜材料的制備方法，該方法是將聚合物PVDF與鉀鹽按設計體積分數比制備成混合物，再將混合物制備成高介電常數的復合膜材料；所述方法獲得的復合膜材料在1kHz下其相對介電常數高達10²～10⁴，遠高于現有復合膜材料小于100的介電常數。

為實現本發明的上述目的，本發明是采用以下措施構成的技術方案來實現的：

本發明提供一種具有高介電常數的聚合物聚偏氟乙烯-鉀鹽復合膜材料的制備方法，依次包括以下工藝步驟：

(1)將聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)與鉀鹽按照設計的體積分數比100-x∶x計算出所需用量，其比例中所述x的范圍為1～99；

(2)根據步驟(1)中計算出的所需用量，用電子天平稱量好PVDF和鉀鹽，然后將它們裝入球磨罐中，以無水乙醇為介質，在常規球磨機上球磨4～12小時后成混合粉料，將混合粉料取出置于恒溫干燥箱中烘干；

(3)在步驟(2)中得到的PVDF和鉀鹽的混合粉料中加入10～50ml有機溶劑得混合液體，并用磁力攪拌器于60～100℃下攪拌該混合液體，使其液體中的PVDF充分溶解，再采用超聲振蕩至鉀鹽均勻分散在溶解液體中，得復合液體；

(4)將步驟(3)中得到的復合液體緩慢傾倒在經清潔干凈的平整玻璃片上使其流延均勻，再將所述玻璃片置于恒溫干燥箱中，在60～120℃溫度下干燥2～12小時，使有機溶劑蒸發，獲得厚度為60～120微米的PVDF-鉀鹽復合膜；

(5)將步驟(4)中獲得的復合膜置于馬弗爐中，利用溫度控制儀設定升溫、保溫、降溫程序，在80～240℃溫度下熱處理30～480分鐘，之后以20℃/h的降溫速率勻速冷卻到室溫，即制得具有高介電常數的聚合物PVDF-鉀鹽復合膜材料樣品；

(6)將步驟(5)中獲得的聚合物PVDF-鉀鹽復合膜材料樣品表面通過離子濺射儀濺射上金屬電極，將其在空氣中靜置24小時之后，測試其介電性能。

上述技術方案中，所述鉀鹽為碳酸鉀(K₂CO₃)。

上述技術方案中，所述有機溶劑為N，N-二甲基甲酰胺(DMF)。