[發明專利]一種核/殼結構鋅粒子/PVDF電介質及其制備方法

有效

• 申請號: 201410206590.3
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN103980638A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 周文英
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08K9/04;C08K3/08;C08K3/22
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于電工材料和化工產品的交叉制造領域，具體涉及一種核/殼結構鋅粒子/PVDF電介質及其制備方法。

背景技術

低成本、易加工、輕質和良好力學性能的高介電常數聚合物電介質綜合了傳統電介質材料的許多性能及聚合物的優良韌性、低成本、易加工成型等特點，引起了世界內的廣泛關注和研究。高介電常數聚合物電介質在制備內嵌式多層薄膜電容器及高儲能電容器等方面已經得到廣泛應用；此外，它們在微電子、電氣工程、微機電和生物工程等領域也獲得重要應用，其研究是一個非常活躍領域，已取得很大進展。

目前，由導體、鐵電陶瓷粒子和聚合物復合制備的高介電常數、低介電損耗聚合物復合電介質在工程應用中存在著如下弊端和問題：

1)在導體粒子逾滲值用量附近處的聚合物介電性能不穩定，且高介電常數常伴隨較高介電損耗。

迄今，對基于滲流理論的高介電常數的導體/聚合物電介質的研究和開發已經做了大量工作，值得指出的是，有一個難以解決的關鍵問題一直困擾著人們，即介電性能的重現性(穩定性)問題。具體表現在這類復合材料的介電性能對其影響因素(尤其是導體的相關參量)非常敏感，如填料用量在逾滲閥值附近的微量變化會引起體系電導率的急劇變化，這給其生產控制以及材料性能的穩定性等帶來了極大困難和挑戰。

此外，在導體填料滲流閾值附近，導體/聚合物電介質的介電常數達最高時，其介電損耗往往也特別大，這無疑會降低其擊穿電壓和使用性能。

2)在高填料粒子用量(≥70wt％)時鐵電陶瓷粒子/聚合物電介質往往才獲得高介電常數，這會嚴重降低電介質材料力學強度和韌性，同時還帶來高介電損耗。

由于力學強度和沖擊韌性的喪失，使得在實際工程應用時高介電常數聚合物電介質無法應用，加之損耗高，會降低聚合物的擊穿電壓。

眾多研究表明單純依靠金屬和碳材料等導體粒子或鐵電粒子無法獲得具有穩定的介電常數及低損耗聚合物電介質材料。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的問題，提供一種核/殼結構鋅粒子/PVDF電介質及其制備方法，制備的電介質具有較高力學強度和韌性、穩定高介電常數和低損耗。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種核/殼結構鋅粒子/PVDF電介質，按質量百分比包括50-60％的聚偏二氟乙烯樹脂和40-50％的表面改性的復合結構鋅粒子；其中，表面改性的復合結構鋅粒子通過以下方法制得：

1)將球形金屬鋅粉在400-500℃下空氣中進行氧化后，得到復合結構鋅粒子；

2)將復合結構鋅粒子均勻分散在無水乙醇中，得到復合鋅粒子/乙醇混合溶液；將鈦酸酯偶聯劑加入到無水乙醇中，攪拌使鈦酸酯偶聯劑溶解得到偶聯劑溶液，攪拌下將偶聯劑溶液加入到復合鋅粒子/乙醇混合溶液中，在80-90℃冷凝回流下持續攪拌6-8h后進行過濾，得到濾餅，將濾餅烘干得到表面改性的復合結構鋅粒子；其中，偶聯劑溶液中鈦酸酯偶聯劑為復合結構鋅粒子質量的1.2-1.5％。

所述復合結構鋅粒子的粒徑為6-8μm。

所述氧化的時間為2-3h。

所述均勻分散具體是在超聲作用下并進行機械攪拌實現的。

所述烘干的溫度為100-120℃，烘干的時間為8-10h。

一種核/殼結構鋅粒子/PVDF電介質的制備方法，包括以下步驟：

1)復合結構鋅粒子的制備：將球形金屬鋅粉在400-500℃下在空氣中進行氧化后，得到復合結構鋅粒子；

2)復合結構鋅粒子的表面改性：將復合結構鋅粒子均勻分散在無水乙醇中，得到復合鋅粒子/乙醇混合溶液；將鈦酸酯偶聯劑加入到無水乙醇中，攪拌使鈦酸酯偶聯劑溶解得到偶聯劑溶液，攪拌下將偶聯劑溶液加入到復合鋅粒子/乙醇混合溶液中，在80-90℃冷凝回流下持續攪拌6-8h后進行過濾，得到濾餅，將濾餅烘干得到表面改性的復合結構鋅粒子；

3)復合結構鋅粒子/PVDF聚合物電介質的制備：按質量比(50-60):(40-50)將PVDF和表面改性的復合結構鋅粒子混合均勻，得到混合粉末，將混合粉末冷壓成型后再于180-200℃、12-16MPa下熱壓10-15分鐘，得到核/殼結構鋅粒子/PVDF電介質。

所述步驟1)中復合結構鋅粒子的粒徑為6-8μm。

所述步驟1)中氧化的時間為2-3h。

所述步驟2)中均勻分散具體是在超聲作用下并進行機械攪拌；鈦酸酯偶聯劑的型號為NDZ-201、NDZ-101、NDZ-102或A27。