[發明專利]一種基于金屬粉絕緣包覆的負介電材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810575436.1
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108393487B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 范潤華;解培濤;劉峣;張子棟;孫凱;信家豪
• 申請（專利權）人: 上海海事大學;山東大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B22F1/00;B22F3/14
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 周榮芳

本發明公開了一種基于金屬粉絕緣包覆的負介電材料及其制備方法，該方法包括以下步驟：步驟1：制備二氧化硅絕緣包覆的金屬粉；步驟2：將絕緣包覆的金屬粉和未處理的金屬粉按0?1.5：1的質量比進行混合，得到混合金屬粉；步驟3：將混合金屬粉與環氧樹脂粉料按1?4：1的質量比進行混合，得到復合粉料；步驟4：將復合粉料加工成型，得到基于金屬粉絕緣包覆的負介電材料。本發明所制備的基于金屬粉絕緣包覆的負介電材料的負介電常數在10MHz?1GHz頻段內可調，負介電常數大小在?2000到0范圍內可精確調控。調控方法主要為，通過調控絕緣包覆的金屬粉與未包覆的金屬粉的比例、以及與環氧樹脂的比例，操作簡單，成本低。

技術領域

本發明涉及材料制備領域，具體涉及一種基于金屬粉絕緣包覆的負介電材料及其制備方法。

背景技術

介電常數是電介質的基本電學參數。通常情況下，介電常數為正值，是頻率的函數，在不同的頻段有不同的極化機制，例如離子極化、電子極化、空間電荷極化等。也就是說，正介電常數來源于電荷的短程運動，此電荷也稱為電偶極子。然而，一些材料或物態具有負的介電常數，例如在紅外波段的半導體和金屬。雖然無線電通訊得益于大氣層電離層的負介電性能，但負介電性能并沒有引起廣泛關注直至超材料的出現。負介電超材料具有廣泛的市場應用前景，例如，將其與藥物結合可實現生物監測，作為波導腔的一部分可實現電磁波的隧穿，與正介電材料復合可實現高介電性能，也可以作為電磁屏蔽材料。超材料的負介電性能也稱為人工性能，這是因為它來源于超材料的人工結構單元而不是其材料本身。從此，負介電性能也在未含有人工結構單元的超材料中引起研究熱潮。這些傳統的材料也稱為本征超材料或超構復合材料，此類材料往往伴隨著逾滲現象。在金屬陶瓷復合材料和聚合物基復合材料中，負介電性能被廣泛研究，然而如何有效地調控負介電性能依然是一個難題，尤其是其數值和頻段的精確控制。

通過文獻調研，我們可知，負介電常數來源于自由電子的振蕩。也就是，當導電調料中的自由電子發生簡諧運動時，可以使材料中的極化電場和外加電場的方向相同，從而使等效介電常數變為負值。因為負介電常數是從電子的運動分析上產生的，而不是從能量存儲的角度產生的，所以負介電常數的存在不違反能量守恒定律。在考慮電子的運動時，可以得出結論，電子可運動的路程長短對負介電常數影響很大，雖然此長度很難界定。當運動的路程短時，可看做偶極子，產生正介電，當運動的路程長時，發生簡諧運動，產生負介電。因此，此現象為我們提供了一種負介電常數的有效調控方式。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于金屬粉絕緣包覆的負介電材料及其制備方法，以解決上述現有技術的問題。

為達到上述目的，本發明提供了一種基于金屬粉絕緣包覆的負介電材料的制備方法，其包括以下步驟：

步驟1：制備二氧化硅絕緣包覆的金屬粉；

步驟2：將絕緣包覆的金屬粉和未處理的金屬粉按0-1.5：1的質量比進行混合，得到混合金屬粉；

步驟3：將混合金屬粉與環氧樹脂粉料按1-4：1的質量比進行混合，得到復合粉料；

步驟4：將復合粉料加工成型，得到基于金屬粉絕緣包覆的負介電材料。

上述的基于金屬粉絕緣包覆的負介電材料的制備方法，其中，步驟1中，利用硅酸鈉的水解作用完成金屬粉的二氧化硅絕緣包覆。

上述的基于金屬粉絕緣包覆的負介電材料的制備方法，其中，所述金屬粉的粒徑為1μm-200μm。

上述的基于金屬粉絕緣包覆的負介電材料的制備方法，其中，所述環氧樹脂為雙酚A型。

上述的基于金屬粉絕緣包覆的負介電材料的制備方法，其中，所述環氧樹脂的粒徑為1μm-5μm。

上述的基于金屬粉絕緣包覆的負介電材料的制備方法，其中，步驟2和步驟3中均采用球磨方式進行混合。