[發明專利]一種復合介電薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201210067067.8
• 申請日: 2012-03-14
• 公開（公告）號: CN102585268A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 朱紅;林爽;匡錫文;王芳輝
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L27/12;C08L27/16;C08K3/22
• 代理公司: 北京康盛知識產權代理有限公司 11331
• 代理人: 張良

技術領域

本發明屬于復合介電薄膜制備領域，特別涉及復合介電薄膜的制備方法。

背景技術

具有高介電常數、低介電損耗、易加工性的聚合物基復合介電材料由于很好的柔韌性和儲存電荷、均勻電場的能力，因此作為一種功能獨特、應用廣泛的功能材料，在混合動力機車、傳感器、航天軍事和電能存儲領域等中有很廣泛的應用。目前，介電材料主要有三類：

1、普通介電陶瓷材料：如鈦酸銅鈣(CCTO)，其電容較大，介電常數高達10⁴-10⁵(Lin?Zhang，et?al.，Ferroelectrics.2010，405，92.)，但該材料燒結溫度高、易碎，可加工性受到影響。2、聚合物材料：如聚偏氟乙烯(PVDF)柔韌性高，介電損耗小，但其本身的介電常數過小(Baojin?Chu，et?al.，science.2006，313，334.)，嚴重限制它的應用。3、高介電性能聚合物基復合材料：將導電碳化鈦(TiC)作為添加劑，填充到PVDF中形成復合材料，100Hz下復合材料的介電常數可達到540(Fajun?Wang，et?a.，Phys.Status?Solidi(RRL).2009，3，22.)，但是其受到滲流閾值的嚴重限制，在滲流閾值附近介電損耗會有很大的提高，不易控制填充量。而由普通陶瓷材料為添加劑，聚合物為基底，結合了陶瓷的高介電性能和聚合物易加工性的優點，其具有較好的介電性能、較高的電壓擊穿場強和易成型等優點，故有很大的應用價值。如Philseok?Kim等以表面改性的鈦酸鋇(BaTiO₃)為添加劑，偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物[P(VDF-TrFE)]為基底，當BaTiO₃添加量為50％時，100Hz下復合材料的介電常數可以達到33(Philseok?Kim，et?al.，ACSNANO.2009，3，2581.)。

但是該方法的缺點是大部分陶瓷添加材料的制備方法較為復雜，且與聚合物相容性較差，不易制成薄膜。大部分陶瓷材料的超高介電常數與聚合物基底相差較大，在受到外電場的作用時，復合材料內部會產生不均一的電場，會大大降低復合材料的耐壓強度。

發明內容

本發明目的在于提供一種復合介電薄膜的制備方法。所述復合介電薄膜具有較好的介電性能。

復合介電薄膜的制備方法，包括如下步驟：

1、通過回流法由銳鈦礦、金紅石兩種晶型組成制備不同晶型比例混晶TiO₂，混晶TiO₂不同的晶型比例可以由反應時間控制，所述回流時間為6-18h。

2、將步驟1制備的混晶TiO₂、含氟聚合物和溶劑N，N-二甲基甲酰胺(DMF)混合后，超聲攪拌分散均勻，形成穩定的溶膠；

3、將步驟2制備的溶膠在模具上80±1℃流延成膜，干燥18±1h，再經過自然冷卻、120±1℃退火8±1h，去除殘留溶劑，即得到厚度為110-150μm的混合晶型無機納米填料/聚合物基復合介電薄膜。

所述含氟聚合物，是偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物[P(VDF-TrFE)]、偏氟乙烯-三氟乙烯-氟氯乙烯共聚物[P(VDF-TrFE-CFE)]、偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物[P(VDF-TrFE-CTFE)]中的一種。

該混晶TiO₂中銳鈦礦、金紅石兩種晶型摩爾百分比組成為：

銳鈦礦???????????????36％-45％；

金紅石???????????????55％-64％。

所述回流時間為6-18h。

所述復合介電薄膜中混晶納米TiO₂的質量比例為5％-40％；含氟聚合物的質量比例為60％-95％。

所述復合介電薄膜中優選混晶TiO₂為40％，含氟聚合物為60％。

所述混晶TiO₂組成的優選比例為：銳鈦礦為37％，金紅石為63％。

所述混晶TiO₂和含氟聚合物總質量與DMF的質量比為1∶7-10。

本發明具有以下有益效果：

a.該混晶納米TiO₂填料克服了背景技術中存在的諸多問題，其制備條件簡單、易操作，兩種晶型的不同比例可以通過反應時間來控制。其結合了兩種不同晶型的優點，有較高的介電常數和很低介電損耗。