[發明專利]一種高介電常數聚酰亞胺三相復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110088631.3
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112898614A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 李科;彭明云;黃丙亮;王龍
• 申請（專利權）人: 四川輕化工大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L79/08;C08L27/16;C08K3/22;C08K5/18
• 代理公司: 北京百年育人知識產權代理有限公司 11968
• 代理人: 葉霖

本發明屬于有機/無機復合材料領域，公開了一種具有高介電常數聚酰亞胺薄膜三相復合物材料及其制備方法。該復合材料由聚酰亞胺為基體，二氧化鈦為介電填料，聚偏氟乙烯為填充相三相混合組成。其中，聚酰亞胺的所占的質量份數為100，二氧化鈦為10?50，聚偏氟乙烯為10?50。按照本發明的制備方法，能夠獲得較高的介電常數、極低的介電損耗和較好的力學性能的三相復合物。因為聚偏氟乙烯的存在，使得可以在基體中添加較高含量的填料。本發明制備的高介電常數聚酰亞胺三相復合薄膜材料用于高密度的能量存儲裝置。

技術領域

本發明屬于無機/有機復合材料領域，設計一種高介電常數聚酰亞胺三相復合材料及其制備方法。

背景技術

聚酞亞胺的化學結構決定了它擁有許多與眾不同的性質、性能特點,主要包括優異的耐熱性、機械性能，良好的化學穩定性和耐濕性，以及耐輻射性能和介電性能。隨著集成電路和電子行業的飛速發展，對于高介電常數和低介電損耗的材料需求越來越迫切。提高介電常數主要采用的方法是向其中加入高介電常數的填料，如鈦酸鋇、碳化硅等，但是對于添加單一的無機填料，由于較差的分散性將導致復合材料中產生極多的孔洞，孔洞的存在，除了不利于介電常數的增加，還會是得復合材料的介電損耗增加。提高介電常數的另一個有效方法，就是在基體材料中引入導電填料粒子，這種方法能得到較高的介電常數。但是在滲透理論值附近，會導致極高的介電損耗。

為了克服引入單一無機填料因分散不均勻而導致孔洞存在的缺陷，以及引入導電填料極高的介電損耗，本發明提供了一中方法，即制備以聚酰亞胺為基體的三相復合薄膜材料，該發明，能在提升介電常數的同時抑制介電損耗，解決了因為引入單一無機填料而造成較多孔洞導致介電損耗增加這個問題。

把單一的無機介電填料加入到聚合物基體中，要達到可觀的介電常數，就必須引入高含量的填料。但是，高的無機填料含量，除了會導致復合材料的力學性能降低，還會使得復合材料的介電損耗增加，對改善材料的介電性能非常不利。本發明中使用到的方法，以無機填料二氧化鈦為介電填料，有機物聚偏氟乙烯為填充相，去填補因為二氧化鈦分散性較差留下的孔洞，使得復合材料的內部結構趨于完整無孔洞缺陷。這種方法，除了有利于增加介電常數，還克服了因為填料的含量增加而損害復合材料介電與力學性能的缺陷。

發明內容

一種高介電常數聚酰亞胺三相復合薄膜材料，其特征在于:該復合材料的制備原料由以下的質量組分組成：

聚酰亞胺：100

二氧化鈦：10-50

聚偏氟乙烯：10-50

其中，聚酰亞胺基體由二胺與二酐單體合成，且兩者摩爾比例保持1:1。當二氧化鈦的質量份數到達50時，導致材料的脆性和介電損耗急劇增加，且介電常數極低，不足以滿足使用要求。另一方面，當聚偏氟乙烯的質量分數達到50時，由于與基體聚酰亞胺的良好相容性，能保持較好的力學性能。但是復合材料的介電常數較低，同時，由于自身較高的自發極性，介電損耗較高。不論是二氧化鈦還是聚偏氟乙烯，使用前都未經進一步的改性和表面處理。為了滿足較好的力學性能要求，二胺單體與二酐單體嚴格保持摩爾比1:1，通過場發射電子掃描電鏡表征，二氧化鈦的粒徑為100-500nm，聚偏氟乙烯的粒徑為5-15μm。

本發明中，沒有對隨用的單體進行特別的限定，因此，從所述的二酸酐單體3,3',4,4'- 二苯酮四酸二酐、均苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸二酐、2,2',3,3'-聯苯四酸二酐；以及所述的二胺單體為4,4’-二氨基二苯醚、對-苯二胺、間-苯二胺中，選擇3,3',4,4'-二苯酮四酸二酐為二酐，以4,4’-二氨基二苯醚為二胺。所選用的非質子性極性溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、吡咯烷酮中的一種或多種按任意比例混合組成。

制備方法

本發明的目的之一在為高介電常數聚酰亞胺三相復合薄膜材料的制備提供一種可行的方法。

一種制備權利要求1所述的高介電常數聚酰亞胺三相復合薄膜材料的方法，包括以下步驟：