[發明專利]一種導電粒子填充聚合物層狀復合介電材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110063676.5
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112876789B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 朱家銘;沈佳斌;郭少云
• 申請（專利權）人: 江蘇集萃先進高分子材料研究所有限公司
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08K9/10;C08K3/04
• 代理公司: 南京瑞華騰知識產權代理事務所(普通合伙) 32368
• 代理人: 邱歡歡

本發明公開了一種導電粒子填充聚合物層狀復合介電材料，按照質量比包括以下組分：聚偏氟乙烯樹脂99.8％、多壁碳納米管0?0.1％、聚多巴胺表面改性包覆碳納米管0.1?0.2％；還包括一種聚多巴胺表面改性包覆碳納米管的制備方法以及導電粒子填充聚合物層狀復合介電材料的制備方法。本發明所述導電粒子填充聚合物層狀復合介電材料將現有技術中的表面有機小分子包覆改性與層狀物理分布控制相結合，在促進界面極化作用的同時，可以顯著抑制在垂直方向上導電通路的形成，降低電導損耗。

技術領域

本發明屬于介電材料技術領域，具體涉及一種導電粒子填充聚合物層狀復合介電材料及其制備方法。

背景技術

高介電材料在電場中可以儲存大量的電荷，且其儲能特性決定了可以實現電荷的短時快速儲存與釋放，因此，在電荷儲存材料及電子元器件應用領域有著巨大的市場需求與發展前景。除了電子產業，高介電材料也廣泛應用于需要較大功率密度的軍民領域，包括主動振動控制、航空航天、水下導航與監測、水聽器、生物醫學成像、無損檢測、空氣成像擴音器及電磁彈射武器系統等。

而聚合物相比于金屬以及陶瓷等基體，其在熔體狀態下流動性較好，可以選擇的加工成型方法很多，如擠出、注塑、模壓成型等。不僅在機械選擇方面很靈活，易于加工，而且制備成本低，因此，聚合物基的高介電材料擁有更為廣泛的應用潛力。

但是聚合物基體本身的介電常數較低，通常都需要通過添加高介電的功能填料來提高介電性能。相比于高介陶瓷的大添加量、脆性大、介電常數相對偏低等弱點，導電粒子填充聚合物復合介電材料(PCD)可以在很小的添加量下實現較高的介電常數，并保持優異的機械性能。但是導電填料填充的PCD材料本身仍有一些不足，如介電行為對填料含量敏感所導致的介電性能可控區間極窄，填料含量過了逾滲值之后材料介電損耗急劇增大，擊穿強度急劇降低等問題。

大量的研究表明，通過對導電粒子進行有選擇性的表面包覆處理，可以促進填料在基體中的分散，降低體系逾滲值等。同時，由于表面隔絕層的存在，填料間接觸電阻增大，使得自由電荷在填料間的相互遷移變得愈加困難，可以顯著降低電導損耗。但這種方法對表面化學包覆層的厚度、填料的分散均勻性、填料含量區間仍較為敏感，不利于制得連續穩定的高介電、低損耗材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種導電粒子填充聚合物層狀復合介電材料及其制備方法，以解決上述背景技術中提出的問題。通過填料表面化學包覆和物理分布控制相結合的方法，基于在促進粒子分散促進極化的同時，切斷導電粒子在電場方向上的搭接，減少導電通路的形成，降低損耗和保持較高的擊穿強度這兩個主要原則。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種導電粒子填充聚合物層狀復合介電材料，按照質量比包括以下組分：

聚偏氟乙烯樹脂(PVDF) 99.8％

多壁碳納米管(CNT) 0-0.1％

聚多巴胺表面改性包覆碳納米管(PDA@CNT) 0.1-0.2％；

其中多壁碳納米管與聚多巴胺表面改性包覆碳納米管的質量之和為0.2％，多壁碳納米管為工業級多壁碳納米管，平均管徑在9.5納米，平均長度1.5微米；聚多巴胺表面改性包覆碳納米管(PDA@CNT)中聚多巴胺(PDA)包覆層與多壁碳納米管(CNT)的質量比為0.03-0.2：1，相應的，聚多巴胺表面包覆層的平均厚度在0.46-1.26nm。

一種聚多巴胺表面改性包覆碳納米管的制備方法，按照先后順序包括以下步驟：

S1：將多壁碳納米管在80℃的烘箱中干燥2小時后加入到稀釋的稀鹽酸溶液中，得混合溶液；

S2：將上述步驟中得到的混合溶液在室溫下，于超聲水浴中超聲分散6小時；