[發明專利]高介電常數復合膜材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201510058354.6
• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN104650373A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 朱峻成;朱基亮
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L27/16;C08K3/22;C08K3/28;B32B27/06;B32B27/18
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;張永明

技術領域

本發明涉及復合膜材料領域，具體而言，涉及一種高介電常數復合膜材料及其制備方法。

背景技術

高介電材料具有優良的介電性能，使其在固態電容器、微波介質元件等領域有著廣泛的應用前景，例如用于制作動態隨機存儲器和大功率電容器等。高介電陶瓷(例如CaCu₃Ti₄O₁)也具有良好的介電性能，但是高介電陶瓷有較大的脆性和需極高的制備溫度，因而限制了其應用。

然而，高介電聚合物基體復合材料由于擁有較高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，使其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，隨著現代器件向小型化和集成化發展，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PVDF/AB復合膜材料，且該復合膜材料在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。

因此，提供一種高介電常數復合膜材料及其制備技術，成為本領域亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種高介電常數復合膜材料及其制備方法。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種高介電常數復合膜材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟：將聚偏氟乙烯溶液和堿性物質溶液混合均勻以得到混合溶液，其中，聚偏氟乙烯溶液中的聚偏氟乙烯和堿性物質溶液中的堿性物質的質量比為100-x：x，x的范圍為1～50；將混合溶液倒在襯底上，并使混合溶液流延均勻；將流延后的襯底置于干燥箱中進行干燥，以在襯底上形成高介電常數復合膜材料。

進一步地，獲得聚偏氟乙烯溶液的步驟包括：向聚偏氟乙烯中加入有機溶劑并進行攪拌，至聚偏氟乙烯溶解后獲得聚偏氟乙烯溶液。

進一步地，有機溶劑為N甲基吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺，并在50～100℃的條件下進行攪拌。

進一步地，堿性物質溶液中的溶劑為去離子水或無水乙醇。

進一步地，得到混合溶液的步驟包括：向聚偏氟乙烯溶液中加入堿性物質溶液，在50～100℃的條件下攪拌均勻以得到混合溶液。

進一步地，干燥的步驟中，干燥溫度為60～120℃，干燥時間為1～12小時。

進一步地，堿性物質為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋁或氨水。

進一步地，襯底為石墨紙、玻璃、鋁箔或銅箔。

進一步地，高介電常數復合膜材料在堿性物質所占的質量比為4％～36％、1kHz下的相對介電常數為10²～10⁴。

根據本發明的另一方面，提供了一種高介電常數復合膜材料，該高介電常數復合膜材料由本發明提供的上述制備方法制備而成。

應用本發明的技術方案，本發明提供的制備方法僅通過將將聚偏氟乙烯溶液和堿性物質溶液混合均勻以得到混合溶液，然后將混合溶液倒在襯底上流延均勻，以及將流延后的襯底置于干燥箱中進行干燥，即在襯底上形成高介電常數復合膜材料，且聚偏氟乙烯溶液和堿性物質溶液混合均勻的成本低廉，從而使得本發明的制備方法工藝簡單，所用原料易得且成本低廉，所需設備簡單，工藝過程也簡單易行，便于大規模生產。同時，本發明的制備方法所制備的高介電常數復合膜材料具有較高的介電常數，它與普通的高介電陶瓷的介電常數相比較，不僅擁有更高的介電常數，還兼顧有較好的柔韌性和極低的制備溫度，使其更適合小型化與集成化的器件生產需求，還可以應用于儲能電容器的生產當中。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將結合實施例來詳細說明本申請。