[發明專利]一種石墨化多壁碳納米管提高復合薄膜介電常數的方法

在審

• 申請號: 202210095527.1
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114410111A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 李科;彭明云;黃丙亮;程杰;左文燕;胡磊
• 申請（專利權）人: 四川輕化工大學
• 主分類號: C08L79/08
• 分類號: C08L79/08;C08K3/04;C08J5/18;C08G73/10
• 代理公司: 北京百年育人知識產權代理有限公司 11968
• 代理人: 張鷺絲

本發明公開了一種石墨化多壁碳納米管提高復合薄膜介電常數的方法。在本發明中，該復合材料由聚酰亞胺為基體，GMWCNT為介電填料，以期制備出具有高介電常數的PI/GMWCNT復合薄膜材料。其中，GMWCNT所占的聚酰亞胺的體積分數為0.5?3.13vol％。按照本發明的制備方法，能夠使得聚酰亞胺復合薄膜獲得較高的介電常數。另外，由于GMWCNT在基體中具有較好的分散穩定性，確保了PI/GMWCNT復合薄膜維持較低的介電損耗。本發明制備的高介電常數聚酰亞胺復合薄膜材料用于電子工業中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，設計出了一種石墨化多壁碳納米管提高復合薄膜介電常數的方法。

背景技術

聚酰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。隨著集成電路和微電子行業的飛速發展，特別是隨著科學技術的發展，人們對能量存儲設備的要求也日漸提高，這就對高介電常數和低介電損耗的復合材料提出了新的要求。從以往的研究中可以看到，提高介電常數最有效方法，就是在基體材料中引入導電填料，這種方法能得到較高的介電常數。但是在滲透理論值附近，由于導電填料形成導電網格會導致極高的介電損耗。

碳納米管因為其特殊的性能而備受研究人員的青睞，碳納米管除了擁有較好的力學性能以及高的模量，還有著極好的電學性能。因此，將之作為介電填料引入到聚酰亞胺基體中研究其介電性能是很有意義的。但是，眾所周知，由于高的表面能和大的長徑比，碳納米管很難均勻的分散在基體中。相比之下，經過石墨化處理的碳納米管除了擁有與碳納米管相似能，還因為石墨化的處理提高了其純度，純度的提高為其導電率的提高創造了先決條件，最重要的是，由于經過石墨化處理，使得碳納米管的表面變得凹凸不平,這樣的結構為其在基體中均勻分散提供了條件，起到了表面改性的作用。這為高介電常數聚酰亞胺復合材料的制備提供了良好的思路。

發明內容

為了盡可能的提升聚酰亞胺復合材料的介電常數，本發明提供了一種十分可行的方法，石墨化多壁碳納米管的使用，很好的解決了因為大長徑比的填料在基體中分散問題。由于石墨化多壁碳納米管的表面變得凹凸不平，這使得其可以穩定的分散在基體中，這大大的增加了填料與基體之間的相互作用面積，這將有效的抑制聚酰亞胺復合材料的介電損耗。另外，通過掃描電子顯微鏡的表征可以看到，本發明中使用到的填料，使得復合材料的內部結構趨于完整無缺陷，這是填料在基體中均勻分散的直接證據。這種表面凹凸不平的填料的使用，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性能的缺陷。

一種石墨化多壁碳納米管提高復合薄膜介電常數的方法，其特征在于:

1、由以下的質量組分組成：

聚酰亞胺：100

石墨化多壁碳納米管(GMWCNT)：0.5-3.13vol％

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GMWCNT的體積分數到達3.13vol％時，聚酰亞胺復合薄膜材料介電常數急劇增加，且介電損耗極低，復合材料的介電性能得到了很大的提升。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，通過透射電子電鏡表征，GMWCNT的長度為3-8μm，直徑為100-400nm；

2、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。所選用的有機溶劑為所述有機溶劑N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或者四氫呋喃；

3、一種石墨化多壁碳納米管提高復合薄膜介電常數的方法，包括以下步驟：